無人機系統(tǒng)結構與設計 課件 第八課時 垂直起降固定翼無人機

第八課時垂直起降固定翼無人機目錄/CONTENTS§2垂直起降固定翼無人機分類§3垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢§1垂直起降固定翼無人機簡介§1垂直起降固定翼無人機簡介垂直起降固定翼無人機簡介垂直起降固定翼無人機簡介定義：同時融合多旋翼垂直起降和固定翼巡航飛行的新型無人機優(yōu)點：1.減少飛行器對跑道的依賴2.執(zhí)行多樣化的飛行任務，減少綜合使用成本垂直起降固定翼無人機簡介發(fā)展前景以直升機方式垂直起降，以固定翼方式巡航前飛與傳統(tǒng)直升機相比：前飛速度快、航程遠、航時長與常規(guī)固定翼飛行器相比：能夠定點起降和懸停，對機場跑道沒有依賴，任務能力顯著增強無人機無需考慮飛行員的生命保障、生理極限等問題，將垂直起降技術應用于無人機領域將更為靈活，且更容易實現垂直起降固定翼無人機簡介發(fā)展前景起降場地要求低，無需跑道，無進場障礙物問題，無需發(fā)射回收系統(tǒng)機動靈活、使用性好，系統(tǒng)簡單，附加設備少，運輸和使用維護方便，操作人員少成本費用較低垂直起降固定翼無人機簡介優(yōu)勢與直升機相比：廉價、高可靠、續(xù)航時間長與多旋翼飛行器相比：續(xù)航時間長、抗風性能好、飛行速度高、任務覆蓋面積大與常規(guī)固定翼飛機相比：不需要跑道、使用范圍廣、使用費用低與傾轉旋翼飛行器相比：動力系統(tǒng)設計簡單、結構可靠性更高§2垂直起降固定翼無人機分類垂直起降固定翼無人機分類傾轉旋翼機具有明顯的機翼，一般與機身固連，機身可以水平停放旋翼系統(tǒng)：通過推力輸出在鉛垂方向和水平方向之間的轉換，實現垂直起降或水平飛行具有垂直起降和空中懸停能力、高速巡航飛行能力螺旋槳固定翼模式效率較低，死重較大垂直起降固定翼無人機分類動力復合式垂直起降無人機采用垂直起降和水平飛行推進系統(tǒng)分離的方案機身外部四周安裝四套電機螺旋槳推進系統(tǒng)作為垂直起降動力機身頭部或尾部安裝一套電機螺旋槳推進系統(tǒng)作為平飛續(xù)航動力垂直起降固定翼無人機分類動力復合式垂直起降無人機技術可實現性好，遠髙于尾坐式、傾轉旋翼、涵道升力風扇等其他垂直起降技術作為一種新型髙效低成本垂直起降飛行器，能夠滿足用戶的各種需求，預期市場需求巨大，發(fā)展前景廣闊垂直起降固定翼無人機分類復合傾轉式垂直起降無人機機身或者機翼上安裝多個升力旋翼，為垂直起降提供鉛垂方向的推力水平飛行階段將部分升力旋翼進行傾轉，以克服平飛狀態(tài)時的機身阻力其余升力旋翼在水平飛行階段保持原狀并關閉動力，帶來廢重升力旋翼的槳徑也受到機身尺寸的限制垂直起降固定翼無人機分類復合傾轉式垂直起降無人機垂直起降階段的升力由三個螺旋槳提供機身尾部的螺旋槳在水平飛行階段時不工作，帶來死重垂直起降階段，機頭兩側的旋翼產生鉛錘向上的升力用于保證無人機的垂直起降和空中懸停水平飛行階段，機頭兩側的旋翼向前傾轉90度產生向前的拉力用于克服無人機在水平飛行狀態(tài)的阻力§3垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢概述更高的飛行速度、更長的續(xù)航時間、更強的任務載荷能力傾轉旋翼式和尾座式是軍民用無人機的主流，追求高效懸停、高速和遠程能力是技術研發(fā)的主要任務新熱點：發(fā)展基于分布式電推進的技術探索垂直起降固定翼無人機新構型、新原理十分必要垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢傾轉旋翼式和尾座式垂直起降固定翼無人機主流構型現有技術無法滿足應用需求，需主要在先進旋翼系統(tǒng)設計、旋翼/機翼氣動干擾、高可靠傾轉傳動系統(tǒng)技術、系統(tǒng)建模技術、飛行控制技術等方面進行突破創(chuàng)新垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術2016年VXP項目中極光公司雷擊方案勝出，“分布式電推進技術”是近幾年航空領域發(fā)展新熱點將飛行器總體、動力、氣動等進行綜合，充分利用電推進動力單元高可靠、易分配、尺度無關特性，簡化全機設備布置，有效提高了無人機的氣動特性垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術優(yōu)勢：增加載運量，提高升阻比以及降低油耗、尾氣排放量和低噪聲等可按照需求對機翼升力分布進行調整，如在巡航階段實現橢圓形升力分布，從而使飛機具有更良好的氣動效率等垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術可通過差量控制實現動力的矢量運轉，控制模式更多樣和直接與全機融合度高，采用多個小尺寸動力單元不會引起重量的增加，且單個動力在較寬的轉速范圍內都能保持較高效率，極大地提升了飛行器設計空間垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術優(yōu)勢：提高巡航效率，增大航時、航程減小垂直起降和巡航平飛階段需用功率之間差異，實現動力/氣動最優(yōu)匹配增強飛行控制能力，提高控制冗余度和魯棒性垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術電力系統(tǒng)技術是支撐分布式電推進技術發(fā)展的重要基礎需要可靠性更高、效率更高、質量更輕的分布式電推進系統(tǒng)分布式動力與機體耦合程度更高，氣動干擾顯著，應依據分布式電推進動力/氣動強耦合特征開展研究分布式動力配置為飛行器高效控制帶來了更高的設計自由度垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢新構型與新原理完全依靠發(fā)動機推力來提供上升力，要求無人機動力推力與重量之比（推重比）大于1固定翼飛行模式下，需用推重比一般在0.1~0.3左右問題：垂直起降/巡航雙模態(tài)發(fā)動機功率不匹配、巡航狀態(tài)動力極度富余、發(fā)動機無法工作在最佳狀態(tài)解決方法：需要以“最小動力代價”實現垂直起降步云登月

智能創(chuàng)新BU