吴超, 胡峪, 王刚

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

0 引言

同时具备垂直起降和高速高效飞行的飞行器是近年来航空领域的研究热点之一,坐地起降飞机是其中的一种。坐地起降飞机是指起飞和降落时尾部着地,机身机头竖直向上的飞机。相比于其它垂直起降飞机,坐地起降飞机结构简单,对起降环境要求低,既可以像旋翼机一样起飞及悬停,又可以像固定翼飞机一样高效巡航,是垂直起降转高速平飞飞机中相对简单且性能较好的一种形式。

常规的坐地起降飞机有单桨[1]、共轴双桨[2]和并列双桨[3]等形式,悬停时的姿态控制以及飞机姿态转换依靠大面积的副翼和方向舵。其缺点是无法兼顾平飞和悬停阶段对推进系统的要求,导致推进系统效率降低,近地面悬停时螺旋桨滑流遇到地面干扰,导致舵面效率降低,飞机难以精确操纵。为此,本文提出一种新型坐地起降无人机,采用飞翼布局形式,利用四旋翼布局进行悬停时的姿态控制。

1 设计思想

1.1 悬停状态下的配平

常规坐地起降飞机在起降和近地面悬停时,由于地面的干扰导致飞机的操纵性恶化,难以实现精确的悬停飞行。四旋翼布局采用多个螺旋桨的拉力差来实现飞机的稳定飞行,可以很好的解决该问题。

四旋翼坐地起降无人机尾部上、下方及左右机翼各有一个螺旋桨,呈十字形分布。起飞阶段四个螺旋桨共同作用产生推力,使飞机悬停或垂直爬升。当垂直爬升速度超过平飞失速速度后进入姿态转换阶段,无人机尾部上方的桨增加转速产生低头力矩,与升降副翼偏转产生的低头力矩一起调整无人机姿态直至平飞。……