本發明涉及一種復合無人飛行器，屬于航空科學技術領域。

背景技術：

無人飛行器按功能一般可以分為固定翼無人飛行器和旋翼無人飛行器。固定翼無人飛行器通過機翼和舵面產生升力和操縱力矩，具有飛行時間長、飛行距離遠、飛行速度快、抗風能力強等優點。但固定翼無人飛行器也有先天的局限：需要較長的起降跑道，就算是采用彈射起飛、傘降回收的方式也需要較大的操作空間，上述缺點極大地限制了固定翼無人飛行器的使用場合。旋翼無人飛行器通過旋翼產生升力和操縱力矩，具有垂直起降、空中懸停、飛行靈活等優點，因此旋翼無人飛行器不需要專門的起降跑道，對復雜場地具有更好的適應性。但旋翼無人飛行器的缺點也很明顯：飛行時間短、飛行距離近、飛行速度慢、抗風能力差，上述缺點也大大限制了旋翼無人飛行器的任務范圍。

從飛行器誕生之日起，人們就一直在努力嘗試研制將固定翼和旋翼結合起來的飛行器，使其既具有固定翼飛行器的高效巡航能力，又具有旋翼飛行器的垂直起降能力。常見的方案有以下幾種：傾轉旋翼機，通過橫向布置的兩個螺旋槳進行垂直和水平狀態的切換來實現垂直起降和水平前飛，但在飛行中將高速旋轉的螺旋槳在豎直狀態和水平狀態之間進行轉換，極大地增加了控制難度和機械復雜度，飛機失事風險也大為增加；尾座式固定翼飛行器，將飛機尾部支撐、機頭朝上進行垂直起降，通過常規舵面操縱飛機在垂直起降狀態和水平飛行狀態進行轉換，由于在起降時飛行速度很低，飛機的舵面僅在螺旋槳滑流作用下產生的操縱力矩有限，飛機的穩定性和操縱性很差。隨著近年來多旋翼飛行器的興起和技術的成熟，人們開始將常規固定翼飛行器和多旋翼進行結合。一種方案是將多個旋翼布置在與飛行器縱軸平行的平面上，飛行器采用水平姿態進行垂直起降，垂直起降時通過多旋翼產生升力和操縱力矩，在空中使用專用的推進動力系統進行平飛，通過常規的固定翼部分如機翼、副翼、垂尾、平尾等產生平飛時的升力和操縱力矩，因此多旋翼和相配的電池、機械結構等在平飛時完全沒用，造成飛行器的“死重”過大，而且整個飛行器的質量受限，很難做大。另一種方案是將多個旋翼布置在與飛行器縱軸垂直的平面上，飛行器采用豎直姿態進行垂直起降，在空中由豎直姿態轉換為水平狀態進行平飛，這樣多旋翼既是垂直起降時的動力，也是水平飛行時的動力，解決了“死重”過大的問題，但是常規布局的飛行器在豎立時其機身、機翼和平尾的迎風面積很大，造成飛行器在垂直起降時抗風能力嚴重不足。

技術實現要素：

為克服上述技術不足，本發明的目的是提供一種結合固定翼與旋翼飛行器的優點，結構簡單，操縱性好，既避免“死重”過大又有足夠抗風能力的復合無人飛行器。

本發明的一種復合無人飛行器，包括機翼、副翼、垂尾、螺旋槳、動力裝置、支架。所述無人飛行器有兩個或者兩個以上機翼，機翼間隔一定距離上下布置，機翼后緣安裝有副翼；所述無人飛行器有一個或者一個以上垂尾；所述無人飛行器可以有一個或者一個以上平尾，也可以沒有平尾；所述無人機飛行器有四個或者四個以上螺旋槳，螺旋槳由動力裝置驅動；所述無人飛行器的尾部安裝有支架。

所述的動力裝置可以是電機，也可以是燃油發動機，還可以是油電混合發動機。

所述的螺旋槳可以是定距螺旋槳，也可以是變距螺旋槳；螺旋槳旋轉軸線可以沿飛行器縱軸方向，也可以與飛行器縱軸方向成一個大于0度小于90度的夾角；多個螺旋槳可以布置在與飛行器縱軸垂直的同一個平面上，也可以不在一個平面上；螺旋槳可以是單層槳形式，任意相鄰兩個螺旋槳的旋轉方向相反；螺旋槳也可以是共軸雙槳形式，每組共軸雙槳中的上、下兩個螺旋槳的旋轉方向可以相反也可以相同，任意相鄰兩組共軸雙槳中的上螺旋槳旋轉方向相反，任意相鄰兩組共軸雙槳中的下螺旋槳旋轉方向也相反。

所述的兩個或兩個以上機翼之間，可以布置垂尾對機翼進行連接，也可以安裝其他用于連接或者裝載的結構；機翼后緣兩側副翼可以通過差動對飛行器進行滾轉操縱；如果飛行器沒有平尾，可以通過兩側副翼的上下同向運動對飛行器進行俯仰操縱；如果飛行器有平尾，可以通過平尾對飛行器進行俯仰操縱；通過垂尾對飛行器進行偏航操縱。

所述無人飛行器以豎直向上的姿態進行垂直起降，安裝在飛行器尾部的支架用于起飛和著陸時支撐飛行器。飛行器在垂直起降和懸停時，動力裝置驅動四個或者四個以上螺旋槳旋轉產生克服飛行器重力的升力。通過改變螺旋槳的轉速或者槳距，使不同螺旋槳產生不同的升力及反扭力矩，從而對飛行器產生操縱力和操縱力矩。當飛行器起飛時，機翼、副翼、垂尾、平尾以及多個螺旋槳產生的操縱力和操縱力矩聯合控制飛行器由垂直起飛狀態逐漸轉入水平飛行狀態；隨著飛行器姿態轉為水平和飛行速度增加，主要由機翼、副翼、垂尾和平尾提供飛行器的升力、操縱力和操縱力矩，飛行器進入固定翼飛行模式。當飛行器降落時，機翼、副翼、垂尾、平尾以及多個螺旋槳產生的操縱力和操縱力矩，聯合控制飛行器由水平飛行狀態逐漸轉為垂直降落狀態；隨著飛行器姿態轉為豎直和飛行速度減小，主要由多個螺旋槳提供飛行器的升力、操縱力和操縱力矩，飛行器進入多旋翼飛行模式。飛行器在平飛時可以使用全部的螺旋槳作為動力，也可以僅使用其中的一個或者幾個螺旋槳作為動力。

本發明提供的一種復合無人飛行器，采用多個機翼上下布置，可以減小單個機翼面積，可以沒有傳統的機身和平尾，避免了垂直起降時飛行器迎風面積過大，從而增強了抗風能力，并避免了因橫軸轉動慣量過大造成的空中姿態轉換困難；飛行器以豎直向上的姿態進行垂直起降，上下機翼可以間隔較遠距離布置，避免了傳統多機翼飛機因上下機翼距離過近造成的嚴重氣動效率損失，并且便于安裝布置多個螺旋槳；飛行器在垂直起降狀態和水平飛行狀態轉換過程中，機翼、副翼、垂尾、平尾以及多個螺旋槳可以聯合控制飛行器改變姿態，飛行器操縱性好，轉換安全性高；該無人飛行器既具有多旋翼飛行器的垂直起降和空中懸停能力，又具有固定翼飛行器的高效巡航性能，對復雜環境適應能力強，適用任務范圍廣。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖；

圖2是本發明實施例2的結構示意圖；

圖3是本發明實施例3的結構示意圖；

圖4是本發明實施例4的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖給出的實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

如圖1所示，本實施例的一種復合無人飛行器，包括機翼1、副翼2、垂尾3、螺旋槳4、動力裝置5、支架6。兩個機翼1間隔一定距離布置，每個機翼1的后緣安裝有兩個副翼2；兩個垂尾3布置在兩個機翼1的翼尖處，將兩個機翼1連接起來；在機翼1和垂尾3的交叉連接處，上方安裝四個螺旋槳4及四個動力裝置5，下方安裝四個支架6。

所述四個動力裝置5可以是電機，也可以是燃油發動機或者油電混合發動機。

所述的螺旋槳4采用單層槳形式，為定距螺旋槳或者變距螺旋槳；螺旋槳4旋轉軸線沿飛行器縱軸方向，或者與飛行器縱軸方向成一個大于0度小于90度的角度(螺旋槳4的傾轉方向使螺旋槳4升力的水平分量對飛行器縱軸產生的力矩方向與螺旋槳4對飛行器反扭力矩的方向一致)；四個螺旋槳4布置在與飛行器縱軸垂直的同一個平面上，或者不在一個平面上；任意相鄰兩個螺旋槳的旋轉方向相反。

所述的機翼1后緣兩側的副翼2通過差動對飛行器進行滾轉操縱；所述的機翼1后緣兩側的副翼2通過上下同向運動對飛行器進行俯仰操縱；所述的垂尾3對飛行器進行偏航操縱。

所述的兩個垂尾3布置在兩個機翼1的翼尖處，將兩個機翼1連接起來，組成一個矩形框架，既加強了結構穩定性，又減小了機翼2的翼尖渦，改善了氣動性能。

所述無人飛行器以豎直向上的姿態進行垂直起降，安裝在飛行器尾部的四個支架6用于起飛和著陸時支撐飛行器。飛行器在垂直起降和懸停時，四個動力裝置5驅動四個螺旋槳4旋轉產生克服飛行器重力的升力。通過改變螺旋槳4的轉速或者螺距，使不同螺旋槳4產生不同的升力及反扭力矩，從而對飛行器產生操縱力和操縱力矩。當飛行器起飛時，機翼1、副翼2、垂尾3以及四個螺旋槳4產生的操縱力和操縱力矩聯合控制飛行器由垂直起飛狀態逐漸轉入水平飛行狀態；隨著飛行器姿態轉為水平和飛行速度增加，主要由機翼1、副翼2、垂尾3提供飛行器的升力、操縱力和操縱力矩，飛行器進入固定翼飛行模式。當飛行器降落時，機翼1、副翼2、垂尾3以及四個螺旋槳4產生的操縱力和操縱力矩聯合控制飛行器由水平飛行狀態逐漸轉為垂直降落狀態；隨著飛行器姿態轉為豎直和飛行速度減小，主要由四個螺旋槳4提供飛行器的升力、操縱力和操縱力矩，飛行器進入多旋翼飛行模式。飛行器在平飛時可以同時使用全部的螺旋槳4作為動力，也可以僅使用其中的一個或者幾個螺旋槳4作為動力。

實施例2

如圖2所示，本實施例的一種復合無人飛行器，其工作原理與實施例1相同，區別在于：所述的飛行器有兩個平尾7，平尾7對飛行器進行俯仰操縱；兩個平尾7與兩個垂尾3連接在四個支架6上，四個支架6與兩個機翼1相連接；兩個機翼1之間有兩個連接桿8對飛行器結構進行加強和穩定，四個螺旋槳4和四個動力裝置5布置在機翼1的中間位置。

實施例3

如圖3所示，本實施例的一種復合無人飛行器，其工作原理與實施例1相同，區別在于：所述的飛行器有三個機翼1、六個螺旋槳4和六個動力裝置5，六個螺旋槳4和六個動力裝置5分別布置在三個機翼1與兩個垂尾3的交叉連接處，四個支架6分別布置在最上和最下兩個機翼1與兩個垂尾3的交叉連接處。

實施例4

如圖4所示，本實施例的一種復合無人飛行器，其工作原理與實施例1相同，區別在于：所述的飛行器的螺旋槳4采用共軸雙槳形式，每組共軸雙槳中的上、下兩個螺旋槳4的旋轉方向相反；上、下兩個螺旋槳4可以由同一個動力裝置5驅動，也可以由兩個動力裝置5分別驅動；任意相鄰兩組共軸雙槳中的上螺旋槳4旋轉方向相反，任意相鄰兩組共軸雙槳中的下螺旋槳4旋轉方向也相反。

對于本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案和構思做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發明權利要保護的范圍之內。