专利摘要

本实用新型公开了一种尾座式矢量差速二轴飞行器。本实用新型包括主机翼、矢量电机座、鸭翼以及mwc飞控。所述主机翼采用后掠翼，提供主要升力。所述鸭翼位于主机翼前端，用于增大飞行器整体失速迎角，提供升力。所述矢量电机座装于主机翼尾部，用于克服飞行器的飞行阻力和自身重力。所述飞控自动检测悬停时的姿态，在姿态异常时自动变化电机座方向和电机转速，使之稳定。本实用新型将旋翼类飞行器与固定翼类飞行器的特征结合，并引入矢量技术，选用低功率发动机，使之与矢量电机座固定；采用双发动机、特种翼型、适中展弦比、鸭翼、翼端安定面，其能满足快速小迎角飞行、空中悬停、低速大迎角飞行以及在复杂场地下的快速转向、迎角变化。

权利要求

1.一种尾座式矢量差速二轴飞行器，包括主机翼、矢量电机座、鸭翼、载物框、脚支架以及基于arduino的mwc飞控，其特征在于：

所述主机翼采用后掠翼，提供主要升力；

所述鸭翼位于主机翼前端，用于增大飞行器整体失速迎角，提供升力；

所述矢量电机座装于主机翼尾部，用于克服飞行器的飞行阻力和自身重力；

所述飞控自动检测悬停时的姿态，在姿态异常时自动变化电机座方向和电机转速，使之稳定。

2.根据权利要求1所述的一种尾座式矢量差速二轴飞行器，其特征在于：所述主机翼的翼肋由外侧s型小翼肋到中部大翼肋，通过渐变蒙皮过渡。

3.根据权利要求1所述的一种尾座式矢量差速二轴飞行器，其特征在于：采用碳质前缘连接外侧s型小翼肋和中部大翼肋。

4.根据权利要求1所述的一种尾座式矢量差速二轴飞行器，其特征在于：所述的后掠翼的展弦比为3.48，掠角为79度。

5.根据权利要求1所述的一种尾座式矢量差速二轴飞行器，其特征在于：所述的主机翼外侧两端采用垂直安定面。

说明书

技术领域

本实用新型涉及垂直起降飞行器领域，具体是一种尾座式矢量差速二轴飞行器。

背景技术

现有的民用小型飞行器多为旋翼类和固定翼类飞行器，旋翼类飞行器能满足多种环境下的低速飞行工作，此类飞行器是通过改变桨的螺距来改变飞行姿态的，其有气动效率低下、功率载荷低、操纵的难度大、飞行不稳定的问题，飞行速度提不高。而固定翼类飞行器需要达到一定的速度才能起飞，无法满足低速飞行任务要求，且对起飞降落场地有要求。矢量飞行器多用于军事领域，具有效率高、灵活性好、飞行姿态适配性高的特点，但在民用行业较少涉及。

发明内容

为了解决现有技术问题， 本实用新型提供了一种尾座式矢量差速二轴飞行器。

本实用新型的技术方案为：

本实用新型包括主机翼、矢量电机座、鸭翼、载物框、脚支架以及基于arduino的mwc飞控。

所述主机翼采用后掠翼，提供主要升力。

所述鸭翼位于主机翼前端，用于增大飞行器整体失速迎角，提供升力。

所述矢量电机座装于主机翼尾部，用于克服飞行器的飞行阻力和自身重力。

所述飞控自动检测悬停时的姿态，在姿态异常时自动变化电机座方向和电机转速，使之稳定。

进一步说，所述主机翼的翼肋由外侧s型小翼肋到中部大翼肋，通过渐变蒙皮过渡。

进一步说，采用碳质前缘连接外侧s型小翼肋和中部大翼肋。

进一步说，所述的后掠翼的展弦比为3.48，掠角为79度。

进一步说，所述的主机翼外侧两端采用垂直安定面，

进一步说，采用双电机控制。需要滚转时，控制两个矢量电机座转向不同；需要偏航飞行时，控制电机座转速不同。

本实用新型的有益效果：本实用新型将旋翼类飞行器与固定翼类飞行器的特征结合，并引入矢量技术，选用低功率发动机，使之与矢量电机座固定；采用双发动机、特种翼型（基于s型翼型的修改）、适中展弦比、鸭翼、翼端安定面，其能满足快速小迎角飞行、空中悬停、低速大迎角飞行以及在复杂场地下的快速转向、迎角变化。

附图说明

图1为本实用新型悬停视图；

图2为本实用新型前进飞行视图；

图3为本实用新型主视图；

图4为本实用新型侧视图；

图5为本实用新型俯视图；

图6为本实用新型的翼型设计图；

图7为本实用新型翼肋具体应用及镂空设计图；

图8为本实用新型主梁平面设计图；

图9、图10为本实用新型主梁特写；

图11、图12、图13为本实用新型矢量电机座各个工作状态特写；

图14为本实用新型3d打印件透视图；

图15为本实用新型3d打印件主视图；

图16为本实用新型3d打印件仰视图；

图17为本实用新型3d打印机侧视图；

图18为本实用新型3d打印件的另一种方案（自下而上顶入）；

图19为本实用新型边条翼方案透视图；

图20为本实用新型边条翼设计方案主视图；

图21为本实用新型边条翼设计方案受力简图；

图22为本实用新型主机翼与鸭翼的受力简图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图5所示，图中数字代表飞行器的主要结构部件。1：主机翼；2：鸭翼；3：安定面；4:脚支架；5：矢量电机座；6：载物框；7：外侧s型小翼肋；8：中部大翼肋（基于s型翼肋的修改）；9：3d打印件；10：主梁；11：碳质前缘；12：前部副梁。

本实用新型主要包括主机翼1、矢量电机座5、鸭翼2、载物框6、脚支架4以及基于arduino的mwc飞控。

所述主机翼是展弦比3.48的后掠翼（掠角79度），提供主要升力。所述鸭翼位于主机翼前端，能增大飞行器整体失速迎角，提供升力。所述矢量电机座装于主机翼尾部，克服飞行器的飞行阻力和自身重力。所述飞控能自动检测悬停时的姿态，在姿态异常时自动变化电机座方向和电机转速，使之稳定。

矢量电机座可与主机翼以棒状刚体材料为轴，外套滚珠轴承连接。主机翼上设有连接框体材料的孔位，与框体可采用胶接，载物框与鸭翼以及脚支架各部件采用3d打印件（pla材质）打印连接。外侧s型小翼肋、中部大翼肋、3d打印机、主梁、碳质前缘、前部副梁均是主机翼的内部结构。

进一步改进，主机翼的翼肋由外侧s型小翼肋（翼型为brogginni55509）到中部大翼肋（基于s型翼肋的修改）通过渐变蒙皮过渡构成；如图6中，翼型：外侧s型小翼肋的翼型6-1，过渡翼肋的翼型6-2，中部大翼肋的翼型6-3。所述翼肋的翼型均为静稳定的s型翼型，缓解静不稳定现象，降低飞控工作压力。具体的：中部大翼肋通过主梁与外侧小翼肋连接，中部大翼肋是基于外侧小翼肋的修改得到，修改包括前部加长，腹部（翼型下表面）较主机翼整体加长并设有孔位，通过孔位与载物框连接。

进一步改进，采用碳质前缘连接外侧s型小翼肋和中部大翼肋，在不改变翼肋大小的情况下直接增大翼面积，提高升力，并使主机翼整体后掠，提高气动效率。

进一步改进，各个翼肋由主梁连接，主梁内部由固定插件支撑，固定插件10-1上设有孔位，碳管10-3穿过孔位保证整体强度，保证机翼整体刚性。主梁内部四个角上均设有插条10-2以及斜撑10-4加固如图8、9、10所示。

进一步改进，前部副梁通过3d打印件（pla材质）与脚支架连接。3d打印件在下方设有角度为60°的直径3mm孔位，整体外轮廓两边夹角为90°，上方设有垂直于外轮廓表面的直径6mm孔位，将直径6mm的碳管与两根直径3mm碳管构成的面垂直连接，如图14、15、16、17所示。本实用新型还提供了一种直接从下向上顶入安装的方式，见图18。

各个翼肋翼型选用上下压差大的s型翼型，中部大翼肋长度约为外侧s型小翼肋的1.5倍，其翼型是基于外侧s型小翼肋的翼型（brogginni55509）加长修改得到的。为了减少飞行时的气动阻力，中部大翼肋的翼型后部与外侧小翼肋的翼型一致，使飞行器主机翼表面更为平整，中部大翼肋的翼型前部直接由外侧s型小翼肋的翼型前部上下表面的切线延伸构成，其他翼肋的翼型根据外侧s型小翼肋和中部大翼肋的翼型渐变排列。这样在确保翼肋最大厚度不变的情况下直接增大了翼面积。

中部大翼肋的翼型前端呈三角状，后部与外侧s型小翼肋的翼型一致，各翼肋设计有镂空以及孔位，见如图7，外部s型小翼肋的镂空7-1；过渡翼肋的镂空7-2；中部大翼肋的镂空7-3；中部大翼肋与载物框的连接孔位7-4；与矢量电机座连接的镂空7-5），其上下压差大、阻力小，在展弦比3.4-3.7的情况下可以提供最大升阻比，本实用新型采用展弦比3.48。S型翼型适合多种迎角下的飞行，在0°-45°的迎角下升阻比变化小，能耗小，与矢量电机座配合时能满足大部分飞行要求。

本实用新型采用矩形鸭翼，安置在主机翼前方，鸭翼的翼型也为brogginni55509（s型）。在正常平飞和大迎角飞行时，产生翼端涡流，通过后掠主机翼的引导，提高流经主机翼的气流速度，进而提高整体升力，提高飞行效率，增大失速迎角。

主机翼外侧两端采用安定面3，使直线飞行时航线更稳定。垂直安定面阻止了通过主机翼的气流逃逸，使通过机翼气流更稳定，提高效率。

进一步改进，安定面与主机翼为刚性连接，呈后掠的等腰梯形，在大迎角转向、小迎角转向、垂直起飞等状态下加大偏航力矩，使飞行器在改变各种飞行姿态的过程中更加流畅稳定，同时在航线飞行下阻止下翼面绕流，避免了因翼端涡流导致的机翼末端升力下降。

进一步改进，脚支架采用通过3d打印件与主机翼的前部梁连接，脚支架底部加大降落时与地面的接触面积，确保降落的安全性。中部大翼肋下表面向下加长一部分并设有孔位，载物框可直接通过与翼肋连接实现与机翼保持刚性连接。

本实用新型采用矢量电机座，装于主机翼下部。矢量电机座可以通过改变电机轴向13直接改变气流方向来实现产生滚装力矩、俯仰力矩，代替了传统的副翼、平尾，提高了飞行器的灵活性、安全性，见图11、图12和图13。为了使矢量电机座更牢固得与主机翼连接，引入两个特殊的与矢量电机座相连的翼肋设计：其前部与其他翼肋形状相同，后部加宽并伸向载物框方向，使悬停模式更为稳定。

本实用新型采用双电机控制。需要滚转时，控制两个矢量电机座转向不同；需要偏航飞行时，控制电机座转速不同。双电机各自转向不同，抵消旋转力矩。

电装设计。使用mwc飞控，矢量电机座的控制舵机连接俯仰和滚转通道，电机通过电调连接垂尾偏航通道。无独立电池，电池通过降压模块给飞控供电，并直接给电机供电。信号接收机与飞控相连。

本实用新型还提供了另一种翼面设计思路：引入边条翼，略去三角后掠大翼面（如图19、20）。此方案与上述方案各有优缺点。此方案由于边条翼的引入使升力主要布局在左右翼面上，飞行更为稳定；上述方案升力布局在整个翼面上，升力更大，效率更高（如图21、22）。两种方案在此类尾座式飞行器上均适用。

本实用新型的飞行状态视图由图1、图2所示，包括悬停和前进两种模式，各侧视图由图3、图4、图5所示，飞行姿态主要由矢量电机座带动电机来控制气流方向改变。

准备起飞状态和悬停状态如图1，此时两个矢量电机座的轴线与地面垂直，飞控装置自动检测飞行姿态并予以修正。

图2为前进飞行姿态。飞行器迎角控制在0°-45°，此时电机轴向与地面存在夹角，主要由机翼提供升力，电机升力提供较小甚至为零。电机提供向飞行方向的推力克服气动阻力。可以控制矢量电机座（5）的朝向控制前进飞行的状态。朝向相反时，飞行器滚转，朝向相同时，控制角度实现迎角变化。所述电机转速可控，以实现偏航。

飞行器随迎角变化，鸭翼与主机翼间的狭缝大小变化，鸭翼产生涡流由后掠主机翼引导通过主机翼以加大失速迎角，提高飞行安全性。

所述垂尾安定面在前进模式下可以防止气流逃逸，提高主机翼效率，同时增加偏航力矩，使航线更稳定。

本实用新型还提供了一套垂直起降载运飞行器的工作方法，包括以下步骤：

1）待起飞状态时机翼与鸭翼均朝上（迎角90°），电机的中轴线与地面垂直，载物框口朝上，此时可载物。起飞后即为悬停模式。

2）处于悬停模式后可通过改变矢量电机座和电机的状态来改变飞行状态。

3）当两个矢量电机座朝后时，由桨产生朝前的推力，使飞行器前进。飞行器本身是静不稳定的，其前进时不会自动趋向于小迎角，因此，可以通过控制矢量电机座的转动角度控制飞行迎角。

4）当两个电机座转向相反时，飞行器开始滚转；当两电机转速不同时，可使之偏航。合理控制可实现原地旋转、小迎角转向、大迎角转向等动作。

5）同时控制两电机座可使之再次进入悬停状态，此时可实现定点投物、定点降落等功能。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

一种尾座式矢量差速二轴飞行器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。