一种机翼组件及垂直起降固定翼飞行器的制作方法

本实用新型涉及垂直起降飞行器技术领域，特别涉及一种机翼组件及垂直起降固定翼飞行器。

背景技术：

固定翼飞行器具有飞行时间长和航程远的特点，但是固定翼飞行器的起飞和降落一般需要进行长距离滑行的跑道，因此对使用环境有较大的限制。而垂直起降固定翼飞行器减少或基本摆脱了对跑道的依赖，只需要很小的平地就可以拔地而起和垂直着陆。由于不受限于起降场地的条件，垂直起降固定翼飞行器的使用场景十分丰富，如城市空中出行、应急救援、运送物资等。飞行器的设计无论是从适航还是客户的角度出发，安全性指标都是重中之重，会成为贯穿整个研发阶段的、最重要的设计指标。

为了提升飞机安全着陆的可能性，可以在垂直起降的固定翼飞行器上保留飞机滑跑着陆的功能，当垂直起降系统发生故障时，飞行器还可以采用滑跑着陆。因此在设计时需要对飞行器的着陆性能进行考虑。飞行器的着陆性能主要包括着陆速度、滑跑距离和时间等，一般固定翼飞机会设计襟翼、扰流板等结构在着陆时增加升力系数以及阻力系数。然而，对于垂直起降固定翼飞行器而言，其机翼上没有襟翼、扰流板等结构。如果为垂直起降固定翼飞行器专门设计襟翼、扰流板等结构，又会引发结构效率低、增加设计工作的复杂程度以及增加成本等问题，因此需要设计一种简单可行的方案，以改善垂直起降固定翼飞行器滑跑着陆的性能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有的垂直起降固定翼飞行器机翼结构无法满足飞行器滑跑着陆性能需求的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种机翼组件，所述机翼组件用于垂直起降固定翼飞行器；

所述机翼组件包括机翼、第一副翼和第二副翼；

所述机翼包括翼根和与所述翼根相对的翼尖，所述翼根用于与所述垂直起降固定翼飞行器的机身连接；

所述第一副翼设置在所述机翼靠近所述翼尖的位置；

所述第二副翼设置在所述机翼上，所述第二副翼设置在所述翼根与所述第一副翼之间，所述第二副翼靠近所述第一副翼设置。

进一步的，所述第一副翼通过第一转轴与所述机翼铰接；所述第二副翼通过第二转轴与所述机翼铰接。

进一步的，所述机翼组件还包括控制舵机，所述控制舵机用于驱动所述第一副翼和所述第二副翼运动。

进一步的，所述控制舵机包括驱动电机和连杆机构，所述连杆机构一端与所述驱动电机连接，另一端与所述第一副翼和所述第二副翼连接。

进一步的，所述控制舵机包括第一控制舵机和第二控制舵机，所述第一控制舵机用于驱动所述第一副翼，所述第二控制舵机用于驱动所述第二副翼。

进一步的，所述机翼内设有控制舵机安装结构，所述第一控制舵机和所述第二控制舵机分别通过所述控制舵机安装结构与所述机翼连接。

进一步的，所述控制舵机安装结构包括第一安装肋板和第二安装肋板，所述第一控制舵机设置在所述第一安装肋板上，所述第二控制舵机设置在所述第二安装肋板上。

进一步的，所述第一安装肋板上设有第一固定孔，所述第一控制舵机通过所述第一固定孔安装在所述第一安装肋板上；和/或，

所述第二安装肋板上设有第二固定孔，所述第二控制舵机通过所述第二固定孔安装在所述第二安装肋板上。

第二方面，本申请实施例公开了一种垂直起降固定翼飞行器，包括如上所述的机翼组件。

进一步的，所述垂直起降固定翼飞行器上设有飞控装置，所述飞控装置用于控制所述机翼组件。

采用上述技术方案，本申请实施例所述的机翼组件及垂直起降固定翼飞行器具有如下有益效果：

本申请实施例所述的机翼组件，通过在机翼上设计内外两个副翼的结构，在垂直起降固定翼飞行器需要以滑跑着陆的方式降落时，第二副翼可以起到简单襟翼的作用，增加机翼的弯度，可以明显缩短飞行器着陆时的滑跑距离以及滑跑时间。此外，两套副翼中即使某一副翼功能丧失，飞行器仍然可依靠另一个副翼保证飞行器的横向特性，提高了飞行器的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例的机翼组件结构示意图；

图2为本申请一个实施例的机翼组件局部透视结构示意图；

图3为本申请一个实施例的垂直起降固定翼飞行器结构示意图；

以下对附图作补充说明：

10-机翼；101-翼尖；102-翼根；20-第一副翼；201-第一控制舵机；202-第一安装肋板；30-第二副翼；301-第二控制舵机；302-第二安装肋板；40-飞控装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

正常情况下，垂直起降固定翼飞行器的起降无需在跑道上滑跑实现起降。然而当垂直起降系统发生故障时，为了提升飞机安全着陆的可能性，可以在垂直起降的固定翼飞行器上保留飞机滑跑着陆的功能，飞行器还可以采用滑跑着陆。因此，对于上述极少发生的例外情况，需要设计简单的、成本的机翼结构来保证飞行器的着陆性能。

如图1至图3所示，本申请实施例公开了一种机翼10组件，机翼10组件用于垂直起降固定翼飞行器；机翼10组件包括机翼10、第一副翼20和第二副翼30；机翼10包括翼根102和与翼根102相对的翼尖101，翼根102用于与垂直起降固定翼飞行器的机身连接；第一副翼20设置在机翼10靠近翼尖101的位置；第二副翼30设置在机翼10上，第二副翼30设置在翼根102与第一副翼20之间，第二副翼30靠近第一副翼20设置。

本申请实施例所述的机翼10组件，通过在机翼10上设计内外两个副翼的结构，在垂直起降固定翼飞行器需要以滑跑着陆的方式降落时，第二副翼30可以起到简单襟翼的作用，增加机翼10的弯度，可以明显缩短飞行器着陆时的滑跑距离以及滑跑时间。此外，副翼在保证飞行器的滚转性能以及平衡非对称飞行状态中起到非常重要的作用，对于将安全性放在第一位的飞行器，保证其正常工作至关重要。两套副翼中即使某一副翼功能丧失，飞行器仍然可依靠另一个副翼保证飞行器的横向特性，提高了飞行器的安全性。本申请实施例所述的机翼10组件，为提高垂直起降固定翼飞行器安全性而设计滑跑着陆的功能时，既保证滑跑着陆性能，又兼顾结构效率以及设计工作的复杂度。

本申请实施例中，如图1所示，在机翼10的展向位置上设计两个副翼，第一副翼20和第二副翼30均设置在机翼10的后方侧边上，机翼10的前后是机翼10安装在飞行器上时相对于飞行器的前后而言确定的。对于固定翼飞机，副翼通常设置在机翼10靠近翼尖101的位置，本申请实施例中，第一副翼20设置在靠近翼尖101的位置，在飞行器正常飞行时，来保证飞行器的滚转性能和平衡非对称的飞行状态。第二副翼30设置在第一副翼20与翼根102之间，在飞行器滑跑降落时，第二副翼30起到简单襟翼的作用，通过控制第二副翼30下偏，能够增加机翼10的弯度，不但可以显著地增加阻力系数，达到增加阻力的作用，还可以增加着陆滑跑时的减速度。同时，由于弯度效应，增加了升力系数，可以降低着陆速度。以上因素相结合，可以明显缩短飞行器的滑跑距离以及滑跑的时间保证着陆滑跑的性能。优选的，第二副翼30靠近第一副翼20设置，在一些情况下，如果某个副翼出现故障，还有另一个副翼可以保证飞行器的横向特性，提高飞行器的安全性。

第一副翼20通过第一转轴与机翼10铰接；第二副翼30通过第二转轴与机翼10铰接。

本申请实施例中，第一副翼20和第二副翼30与机翼10铰接。铰接的实现方式多种多样，为了降低成本，简化设计，本申请实施例中采用单个转轴的铰接方式。

如图2所示，机翼10组件还包括控制舵机，控制舵机用于驱动第一副翼20和第二副翼30运动。

本申请实施例中，第一副翼20和第二副翼30的运动通过控制舵机控制实现，控制舵机内的驱动装置将动力传递给第一副翼20和第二副翼30，第一副翼20和第二副翼30在驱动力下绕转轴转动。可选的，控制舵机可以为一个，分别通过两个连接结构分别驱动第一副翼20和第二副翼30；可选的，控制舵机也可以为两个，分别驱动第一副翼20和第二副翼30。

控制舵机包括驱动电机和连杆机构，连杆机构一端与驱动电机连接，另一端与第一副翼20和第二副翼30连接。

本申请实施例中，驱动装置为驱动电机，驱动电机输出扭矩，通过一系列的连杆机构直接带动第一副翼20和第二副翼30绕转轴转动。在一些实施例中，驱动电机输出的扭矩通过连杆机构带动转轴转动，进而带动第一副翼20和第二副翼30运动。

如图2所示，控制舵机包括第一控制舵机201和第二控制舵机301，第一控制舵机201用于驱动第一副翼20，第二控制舵机301用于驱动第二副翼30。

本申请实施例中，控制舵机为两个，第一副翼20和第二副翼30分别由两个控制舵机控制，一方面可以通过控制舵机混合控制第一副翼20和第二副翼30实现不同的功能，即第一副翼20控制飞机横向特性，第二副翼30起简单襟翼的作用；另一方面两套副翼以及控制舵机的操纵系统为双冗余设计，即使某一副翼功能丧失，飞行器仍然可依靠其它副翼保证飞行器的横向特性。这保证了副翼系统发生单一失效时，整个副翼系统功能仍可正常实现，这增加了飞行器的安全性。

机翼10内设有控制舵机安装结构，第一控制舵机201和第二控制舵机301分别通过控制舵机安装结构与机翼10连接。

本申请实施例中，机翼10内的控制舵机安装结构可以为安装座、安装板、固定孔等。两个控制舵机可通过卡接、螺接或焊接等方式设置在机翼10的内部。

如图2所示，控制舵机安装结构包括第一安装肋板202和第二安装肋板302，第一控制舵机201设置在第一安装肋板202上，第二控制舵机301设置在第二安装肋板302上。

本申请实施例中，机翼10内设有安装肋板，两个控制舵机可以安装在同一安装肋板上，也可以安装在不同的安装肋板上。综合考虑空间限制、连接结构形式以及安装强度等因素，优选的，两个控制舵机安装在不同的安装肋板上。

第一安装肋板202上设有第一固定孔，第一控制舵机201通过第一固定孔安装在第一安装肋板202上；第二安装肋板302上设有第二固定孔，第二控制舵机301通过第二固定孔安装在第二安装肋板302上。

本申请实施例中，控制舵机和安装肋板上均设有固定孔，两个舵机通过螺钉固定在机翼10内部的两块肋板上。在收到轴输出扭矩的指令后，控制舵机输出扭矩，驱动与两个副翼连接结构带动两个副翼转动。

由于垂直起降固定翼飞行器对安全性的要求高，保留滑跑着陆的功能可以为飞行器在特殊情况下着陆提供更多的选择，能够有效地提高安全着陆的可能性。常规的固定翼飞行器会通过襟翼、扰流板两种结构保证着陆性能。然而由于垂直起降固定翼飞行器只有在特殊情况下会使用滑跑着陆的策略，专门为其设计襟翼会有结构效率低下、增加设计工作的复杂度的缺点。想要解决矛盾点的唯一方法是设计一种方案可以将这两种翼面与飞机的已有翼面结合，从技术的角度出发，仅简单襟翼具备和副翼融合的可能性。因此，本申请实施例中设计的机翼10组件包括第一副翼20和第二副翼30。第一副翼20通过单独的第一控制舵机201控制，来保证飞行器的滚转性能和平衡非对称的飞行状态。在飞行器需要滑跑着陆时，只需要通过飞控装置40向第二控制舵机301传输相应的控制信号，让第二控制舵机301控制第二副翼30下偏，第二副翼30此时的作用就会如同简单襟翼一般，增加机翼10的弯度：不但可以显著地增加阻力系数，达到增加阻力的作用，即增加着陆滑跑时的减速度；而且由于弯度效应，增加了升力系数，可以降低着陆速度。这两个因素相结合，可以明显缩短飞行器的滑跑距离以及滑跑的时间保证着陆滑跑的性能。第一副翼20和第二副翼30还可以协同作用，即第二副翼30下偏起到增升、增阻的作用，第一副翼20仍旧随飞机横向姿态实时调整，控制飞机横向姿态、保持滚装性能。如此在保证着陆性能的情况下，兼顾了结构效率并降低了设计工作的复杂程度。

如图3所示，本申请实施例还公开了一种垂直起降固定翼飞行器，包括如上所述的机翼10组件。垂直起降固定翼飞行器上设有飞控装置40，飞控装置40用于控制机翼10组件。

本申请实施例中，垂直起降固定翼飞行器包括机翼10组件，有关机翼10组件的具体实施请参照上述全部实施方式。

本申请实施例中，机身设备舱内安装有飞控装置40，飞控装置40用于为控制舵机供电、提供信号指令。两个控制舵机通过固定孔位安装在机翼10内部的两块肋板上，在收到飞控装置40的指令后输出扭矩，通过控制舵机与副翼连接结构带动副翼转动。因第一副翼20和第二副翼30由两个控制舵机分别控制，所以飞控装置40通过输出给两个舵机不同的指令，可以在同一时间点使内外副翼进行相互独立的运动。

本申请实施例中，垂直起降固定翼飞行器使用第一副翼20和第二副翼30两副翼结构，且由两个控制舵机分别控制，在飞行器需要滑跑着陆时第二副翼30可以作为简单襟翼使用，两个控制舵机的使用可以保证在这种情况下实现混合控制第一副翼20和第二副翼30。既能起到常规副翼的作用，保证飞行器的横向特性；又能提供襟翼的功能，增大升力系数、阻力系数，降低着陆速度，增加减速度，降低滑跑时间和距离。为垂直起降固定翼飞行器滑跑着陆提供保障，间接保证了飞行器的安全性。这种设计满足功能性需求的同时，结构效率更高、简化设计工作量。此外，使用第一副翼20和第二副翼30由两个控制舵机分别控制，实现了副翼的双冗余设计，可以保证在某个副翼功能丧失的情况下，同侧另一个副翼可以维持飞行器的横向特性，维持飞行器的正常飞行，提升飞机的安全性。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。