本發(fā)明涉及無人機(jī)和無線電/遠(yuǎn)程遙控飛行器領(lǐng)域。

技術(shù)背景

無人機(jī)有許多私人和商業(yè)應(yīng)用作為空中傳感器平臺(tái)（即，視頻采集）、遞送系統(tǒng)、環(huán)境感測和通信中繼。它們也可以用于與國防相關(guān)的各種用途，譬如ISR（情報(bào)監(jiān)控偵察）、作為武器平臺(tái)、和作為電子戰(zhàn)平臺(tái)。它們按尺寸可以分為微型、小型、戰(zhàn)術(shù)（中）、或戰(zhàn)略（大），并且基于其氣動(dòng)升力產(chǎn)生的方法可以被進(jìn)一步分類為：固定翼、旋轉(zhuǎn)翼、混合翼、或撲翼。

混合型無人機(jī)結(jié)合固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)的優(yōu)勢，使他們能夠成功地執(zhí)行固定翼和旋轉(zhuǎn)翼單獨(dú)都不能完成的任務(wù)。最有前途的混合型無人機(jī)是垂直起飛和著陸（VTOL）固定翼無人機(jī)。這種無人機(jī)能夠像一個(gè)傳統(tǒng)的固定翼飛機(jī)一樣快速、高效地飛向遙遠(yuǎn)的位置，然后過渡到低空慢飛、懸停等，目的達(dá)到后無人機(jī)能夠再次快速、高效地飛回使用者。本質(zhì)上，該無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)象一個(gè)旋轉(zhuǎn)翼機(jī)型，但從起始位置到達(dá)目的地則象一個(gè)固定翼機(jī)型，大大改善了飛行范圍、耐力、和最高速度。

現(xiàn)有混合無人機(jī)使用許多不同的設(shè)計(jì)和配置。本配置是一個(gè)尾坐式垂直起落飛機(jī)，是罕見的機(jī)型。這是國內(nèi)市場的不幸，因?yàn)檫@種機(jī)型在許多許多方面優(yōu)于其它機(jī)型。本設(shè)計(jì)的機(jī)型，與中國的VD-200有重要的本質(zhì)不同。首先，VD-200的兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)螺旋槳和馬達(dá)均遠(yuǎn)離飛機(jī)的中心線，增加了不必要的復(fù)雜性。如果一臺(tái)馬達(dá)出現(xiàn)故障，飛機(jī)就會(huì)崩潰。不過，兩個(gè)遠(yuǎn)距分離的馬達(dá)和螺旋槳有助于提高滾慣性滾動(dòng)穩(wěn)定性。其組件按傳統(tǒng)的方式位于中央機(jī)身狀的隔室之內(nèi)，是一種混合翼身設(shè)計(jì)。本發(fā)明使用位于飛機(jī)中心線的兩個(gè)同軸螺旋槳，允許當(dāng)一個(gè)螺旋槳失效后飛機(jī)仍能夠安全飛行。本設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能抵消螺旋槳產(chǎn)生的滑流，避免了因滑流撞擊垂直穩(wěn)定器而產(chǎn)生的偏航，從而避免了偏轉(zhuǎn)方向舵補(bǔ)償而帶來的額外空氣阻力。其他使本發(fā)明獨(dú)特的重要點(diǎn)和新穎之處包括：在VD-200具有兩個(gè)分開的滑流和兩組垂直穩(wěn)定的偏航穩(wěn)定性（而不是一個(gè)），它可以使用差分推進(jìn)力控制偏航，而本發(fā)明設(shè)計(jì)采用了偏航控制單舵。另外，VD-200具有分別控制俯仰和滾轉(zhuǎn)的副翼和升降翼。本發(fā)明則以升降副翼取代了傳統(tǒng)分離的副翼和升降翼，從而能同時(shí)控制側(cè)傾和俯仰。設(shè)計(jì)上VD-200體積大，造價(jià)昂貴，只能在軍事領(lǐng)域應(yīng)用。目前的設(shè)計(jì)可用于為農(nóng)業(yè)用戶提供植保服務(wù)的公司。與其它空中農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)相比，本發(fā)明更快、更節(jié)能。本發(fā)明只需要提供常規(guī)多旋翼飛行器和直升機(jī)在水平定向飛行期間所需的推力的一小部分，并且本發(fā)明不須在大掃掠轉(zhuǎn)彎中浪費(fèi)時(shí)間和燃料。本發(fā)明的低速飛行、懸停和其機(jī)動(dòng)性的性能使其適合各種尺寸的田野、崎嶇的地形、以及在障礙物繁多的環(huán)境中作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一個(gè)相對簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、多功能、以及普及于不同客戶和市場的無人駕駛飛機(jī)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種無人駕駛飛行器，其特征在于，帶有有一個(gè)或多個(gè)螺旋槳，驅(qū)動(dòng)裝置為一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)，機(jī)翼為翹后緣翼型組成的固定翼，帶有液體存儲(chǔ)罐和管道，管道連接存儲(chǔ)罐和將液體排放到周圍環(huán)境中的噴嘴。

有兩個(gè)或多個(gè)螺旋槳，螺旋槳可以同軸或非同軸，但旋轉(zhuǎn)方向相反。

存儲(chǔ)罐位于機(jī)翼內(nèi)部或外部。

管道位于機(jī)翼內(nèi)部或外部。

所述馬達(dá)是帶有速度控制器的電動(dòng)馬達(dá)。

所述馬達(dá)是帶有帶有燃料箱和點(diǎn)火源的內(nèi)燃機(jī)。

配備有發(fā)射機(jī)，用于給用戶發(fā)送信息。

配備有陀螺儀和/或加速度計(jì)。

裝載有基于衛(wèi)星的跟蹤系統(tǒng)，包括但不限于GPS。

裝載有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

包括一個(gè)或多個(gè)接收器、電池或燃料箱位于機(jī)翼內(nèi)部，而不是都裝在中央機(jī)艙室里。

所述的機(jī)翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是利用有承載能力的薄型表皮，其材質(zhì)包括復(fù)合材料，并帶有或不帶有內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)或軟核，軟核包括泡沫。

機(jī)翼帶有二面角或反角。

機(jī)翼從翼根到翼尖逐漸變窄的變化形式不僅包括線性變化，而且包括其他任何形式。

帶有拍照和/或攝影設(shè)備。

帶有為安裝攝影攝像設(shè)備的轉(zhuǎn)向節(jié)。

帶有葉尖小翼。

裝有防碰撞系統(tǒng)和各種探測傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明結(jié)合了固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，使其能夠執(zhí)行單獨(dú)固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)均不能完成的任務(wù)和技巧。本發(fā)明能夠在各種不同的田地尺寸、田地形狀和復(fù)雜地形上，比類似尺寸的旋翼或固定翼飛行器更節(jié)能、更快速、單次作業(yè)時(shí)間更長地完成農(nóng)藥噴灑。

本發(fā)明的復(fù)雜實(shí)施例具有該尺寸機(jī)型的高度復(fù)雜的功能，包括：

1)能基于車輛速度、風(fēng)況和其他變量而進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化的流量控制；

2)使用GPS坐標(biāo)，按照規(guī)定的路線智能飛行；

3)控制信號受干擾時(shí)能按照包含GPS信號的程序返航；

4)可擴(kuò)展性：一個(gè)用戶可以部署多個(gè)單元，每個(gè)飛行不同的路線，而在一個(gè)小地面站接收來自各單位的同步實(shí)況轉(zhuǎn)播；

5)熱視距探測；

6)現(xiàn)場位置、航向、飛行高度、速度和加速度數(shù)據(jù)傳輸；

7)可定制以攜帶各種不同的與農(nóng)業(yè)相關(guān)的成像傳感器，包括水分和熱；

8)帶有防碰撞系統(tǒng)。

總之，本發(fā)明具有多功能、速度高、節(jié)能的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)簡單實(shí)施例的透視圖。

附圖標(biāo)記說明：1-機(jī)翼; 2-翼型; 5-液體存儲(chǔ)罐; 6-螺旋槳; 7-管道；8-噴嘴；9-馬達(dá)；10-垂直穩(wěn)定器；11-方向舵；13-升降舵或升降副翼。

具體實(shí)施方式

1、簡單的實(shí)施方案：

本發(fā)明的最簡單的實(shí)施例如圖1所示，具體構(gòu)造包括：帶有有一個(gè)或多個(gè)螺旋槳6，驅(qū)動(dòng)裝置為一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)/油動(dòng)馬達(dá)9，機(jī)翼1為翹后緣翼型2組成的固定翼，帶有液體存儲(chǔ)罐5和管道7，管道7連接存儲(chǔ)罐5和將液體排放到周圍環(huán)境中的噴嘴8，一般在存儲(chǔ)罐5與噴嘴8之間裝有液壓泵（未圖示）。在飛行器的后端中部設(shè)有方向控制機(jī)構(gòu)，該實(shí)施例的方向控制機(jī)構(gòu)包括垂直穩(wěn)定器10、方向舵11和升降舵/升降副翼13。該實(shí)施例不包括任何先前所描述的復(fù)雜的功能;它沒有傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸能力，主要是一個(gè)基本的遠(yuǎn)程控制的飛機(jī)。它可能會(huì)帶有葉尖小翼、二面角/反角（dihedral）、機(jī)身外部裝備，也可能不帶。

所述的存儲(chǔ)罐5、液壓泵和管道7位于機(jī)翼1內(nèi)部，以保持機(jī)翼1的流線型和空氣動(dòng)力效率。管道7位于機(jī)翼1的后緣附近以提高農(nóng)藥施用效果。機(jī)翼1的低展弦比導(dǎo)致了更強(qiáng)的翼尖渦流，強(qiáng)大的空氣渦流極大提高了農(nóng)藥的充分分散。為了在飛行期間保持機(jī)身的俯仰穩(wěn)定性，存儲(chǔ)罐5被設(shè)計(jì)在飛機(jī)的質(zhì)量中心上，這樣存儲(chǔ)罐5內(nèi)液體體積的明顯變化不會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)質(zhì)量中心位置的明顯變化，這對于保持恰當(dāng)?shù)南鄬ξ恢玫馁|(zhì)量中心和飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)中心非常重要。因?yàn)闄C(jī)翼的性能對其上表面的障礙物和缺陷最敏感，其中不利的壓力梯度可能導(dǎo)致流分離，所以噴嘴8通過機(jī)翼1下表面的小孔指向下方。為了把下表面的流動(dòng)障礙和可能產(chǎn)生的湍流最小化，噴嘴8端口與下表面齊平。存儲(chǔ)罐5用于注入液體（如農(nóng)藥），使用時(shí)將存儲(chǔ)罐5內(nèi)的液體經(jīng)過管道7從噴嘴8噴灑出去，主要用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中。

所述的螺旋槳6包括固定葉片的螺旋槳和葉片能夠偏轉(zhuǎn)的螺旋槳。本發(fā)明的方向控制機(jī)構(gòu)還可以是其他任何構(gòu)造。

機(jī)身包括具有能承重的薄型外皮，附著于內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件如肋板和桁條（stringers）等。各部件按嵌入式分布于整個(gè)機(jī)身，使質(zhì)量中心保持在機(jī)身對稱面上，并且位于距機(jī)翼1前緣約25％根弦長的位置。機(jī)翼1帶有一定的二面角或反角(dihedral)以改善側(cè)傾穩(wěn)定性。有兩個(gè)嵌入式伺服馬達(dá)（未圖示）驅(qū)動(dòng)升降副翼13，還有一個(gè)嵌入式伺服馬達(dá)（未圖示）驅(qū)動(dòng)方向舵11。同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳6產(chǎn)生的滑流幾乎不帶漩渦。這股非常強(qiáng)勁的滑流經(jīng)過升降副翼13和方向舵11，即使在非常低的飛行速度和懸停時(shí)，或幾乎沒有風(fēng)速時(shí)，也能對機(jī)身產(chǎn)生有效的控制力，保障了飛行的安全和復(fù)雜動(dòng)作等功能。升降副翼13的對稱偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個(gè)非零俯仰力矩，而升降副翼13的差動(dòng)偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個(gè)非零滾轉(zhuǎn)力矩。機(jī)翼1的翼型較厚，使得機(jī)翼1中可以嵌入各種部件；翼型2的反翹性增加了俯仰動(dòng)作的穩(wěn)定性（通用于所有機(jī)翼設(shè)計(jì)）。特定情況下機(jī)翼1也可以使用薄翼型。雙反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)組件（即馬達(dá)9，帶有電子速度控制器）被用來驅(qū)動(dòng)螺旋槳6。其中的電子速度控制器用于限制馬達(dá)9油門以控制其產(chǎn)生的推力。電池（未圖示）用于向螺旋槳馬達(dá)9和各伺服馬達(dá)供電。

翼型2的選擇確保隨著方向和控制輸入的變化，其空氣動(dòng)力性能是逐漸變化的（即“軟”失速），并且確?？諝鈩?dòng)力效率最大化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可接受的高升力系數(shù)。機(jī)翼1的大部分被浸沒在推進(jìn)滑流中，因此機(jī)翼1的空氣動(dòng)力學(xué)性能（最大升力系數(shù)，失速攻角等）強(qiáng)烈依賴于螺旋槳6的推進(jìn)比和許多其他因素（攻角，雷諾數(shù)，無量綱俯仰率等）。為了得到如此空氣動(dòng)力學(xué)復(fù)雜的飛機(jī)的穩(wěn)健控制算法，大量的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)是必要的。農(nóng)業(yè)化學(xué)品應(yīng)用使用了泵和閥系統(tǒng)，產(chǎn)生體積平均直徑（VMD）總是大于50微米的液滴。

本發(fā)明結(jié)合了旋翼飛機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及改進(jìn)無人機(jī)空中噴灑農(nóng)藥的目的。它可以垂直起飛和著陸，可以在沒有跑道的任何地方使用。起飛后可以轉(zhuǎn)換到其水平飛行姿勢，快速有效地飛行到田地和作物上，因此，相對于具有相似尺寸和重量的常規(guī)旋翼飛行器大大增強(qiáng)了其燃料效率和飛行范圍。本發(fā)明可以非常慢速地飛行，以利于飛機(jī)轉(zhuǎn)向并開始新的行程，避免了常規(guī)固定翼農(nóng)用飛機(jī)所需的較長掃掠轉(zhuǎn)彎。這些特征使得本發(fā)明能夠在各種不同的田地尺寸、田地形狀和復(fù)雜地形上，比類似尺寸的其他機(jī)型更快速、更節(jié)能地完成農(nóng)藥噴灑。

2、復(fù)雜的實(shí)施方案：

復(fù)雜的實(shí)施例包括部分或所有前述的復(fù)雜的功能和相關(guān)部件。額外增加的傳感器和其他組件被添加后，本發(fā)明的續(xù)航力、耐力和最大有效載荷通常會(huì)減少（保持原有尺寸恒定），而本發(fā)明的成本會(huì)增加。

聲明：

所有上述實(shí)施例和討論僅僅是為了說明本發(fā)明的技術(shù)概念和特征，以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和實(shí)施本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍的目的。按照本發(fā)明所作的等效物的任何變化或修改應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。