該研究著眼于使用多個電動渦噴發(fā)動機組成無人機的推進和控制系統(tǒng)，致力于解決那些大小受限但需要很大靜態(tài)升力的現實用途，比如飛行器的垂直起飛降落。該類無人機在起飛和著陸階段采用電動渦噴作為主要的升力系統(tǒng)，它能夠像直升機一樣垂直起飛，又能夠像固定翼飛機一樣的水平飛行，而且具有良好的懸停性能，因而兼具直升機和固定翼飛機的雙重優(yōu)點。

背景技術：

電動渦噴無人機是無人機大家族中的一員，無人機在軍事上和民用等多種領域發(fā)揮著越來越重要的作用，有些甚至是不可替代的。各種大小和類型的無人機隨著計算機技術、通信技術、電子技術等的發(fā)展而蓬勃發(fā)展。無人機的開發(fā)和研制是一種潮流，更體現一個國家的軍事和科技的實力，已經而且在未來也會占據舉足輕重的地位。無人機一般分為固定翼和旋翼無人機，在小型和微型飛行器領域還有撲翼飛行器。各個級別的無人機應用領域也有所不同。一些大型的無人機多用于軍事上，小型和微型的無人機可以軍民兩用。

電動渦噴無人機同其他種類的無人機一樣，他的開發(fā)和研制涉及到許多其他關鍵的技術發(fā)展和進步，如飛行器的控制和導航系統(tǒng)、通信技術、有效載荷、地面控制平臺以及飛行器空氣動力學等方面，對于電動渦噴無人機本身來說，最大的特點就是飛行器的結構設計以及飛行控制系統(tǒng)，在這方面不同于傳統(tǒng)的固定翼和旋翼飛行器。由于電動渦噴飛行器的垂直起降方式和類似于固定翼的前飛或者說水平飛行方式。其飛行控制系統(tǒng)的設計值得關注。電動渦噴無人機能夠像無人機一樣垂直起降，而且能夠像固定翼飛機一樣水平飛行。此外，由于采用了渦噴，飛機結構緊湊，安全性高，啟動噪聲小。電動渦噴無人機還能夠根據需要設計成不同大小，以應用不同的場合。由此看來，電動渦噴無人機兼具直升機和固定翼飛機的優(yōu)點，有著良好的適用性和應用前景。

技術實現要素：

該發(fā)明主要設計思路，通過對目前國內外電動渦噴垂直起降無人機技術發(fā)展的研究確定電動渦噴垂直起降無人機的結構形式。設計一款有效載荷為10kg，續(xù)航時間大于1小時的無人機，飛行高度和巡航馬赫數分別為：h＝10km，ma＝0.4。本款無人機的特點如下：

1、采用電動渦噴動力代替矢量噴管作為無人機垂直起降的動力來源；

2、采用小型渦噴發(fā)動機(9kg推力)代替已有的渦噴發(fā)動機(23kg推力)作為無人機的巡航動力；

3、其余設計目標根據實際載重與飛行條件進行相應改變。

針對電動渦噴垂直起降無人機的總體設計要求，確立總體方案，對無人機的總體參數進行初步計算。

1、總體方案設計與質量分布

采取電動渦噴作為無人機垂直起降動力來源，根據設計需求，本項目選用8個型號為jp120的電動渦噴，單個電動渦噴可最大提供7.2kg推力，因此無人機最大滿載起飛重量為：

8*7.2kg＝57.6kg

根據飛行控制經驗，無人機垂直起降時間均為40s，因此可根據電動渦噴工作狀態(tài)確定電池重量為9.6kg；其余結構系統(tǒng)的重量根據前期設計的無人機進行估算。因此，該無人機總的質量分布如表1所示，可知，該無人機滿載起飛重量約50kg，而由上文知8個電動渦噴動力最大為57.6kg，滿足動力要求，可據此進行氣動外形設計。

表1.無人機總體質量分布表

2、無人機氣動外形設計

2.1外形設計

氣動外形設計在前期設計上進行改進，主要考慮8個電動渦噴的裝載需求，因此，在確保電動渦噴動力作用點與重心在同一豎直方向上的同時，對機身進行修型后，可以得到新的氣動外形，同時，由于更換更小的渦噴發(fā)動機，作為巡航推力，因此對進氣道也進行重新設計。

2.2氣動特性數值模擬

對最終氣動外形的干凈構型進行氣動分析可得該無人機在h＝10km，ma＝0.4的氣動特性如表2所示，其中alpha是巡航迎角、l是升力、d是阻力、k是升阻比?？芍谠摋l件下巡航飛行時，無人機升阻比約為10。此時根據無人機阻力特性與渦噴發(fā)動機耗油特性，可以推算得到無人機續(xù)航時間為t＝50min，滿足設計需求。

表2.氣動數值模擬結果

3、結構設計要求

無人機總體氣動設計與結構設計息息相關，考慮結構的裝載、裝配及舵面的設計，對結構設計提出以下要求：

3.1電動渦噴尺寸

電動渦噴尺寸，機身內部安裝8個，位置已經預留，要求電動渦噴的進氣口排氣口應通暢；

3.2重心要求

要求飛行器重心在距離頭部尖點723mm處；

3.3渦噴發(fā)動機安裝要求

渦噴發(fā)動機頭部放置于距離頭部尖點910mm處，尾部根據具體安裝位置進行外形的局部修型；

3.4油箱安裝要求

油箱放置在進氣道兩側，其重心與飛行器的重心重合，即位于距離頭部尖點723mm處；

3.5電動渦噴電池安裝要求

可用一塊12s、40ah、25c的，也可用兩塊12s、20ah、25c的，根據結構布置調整安裝位置；

3.6舵面設計要求

機身內側為升降舵面，外側為開裂副翼，設計時舵面上下表面型面應與干凈構型保持一致，其次舵面前緣到后緣距離為120mm；

3.7起落架設計要求

起落架無需收放，僅作為無人機地面靜置時的支撐。

附圖說明

圖1為氣動外形視圖。

圖2為電動渦噴尺寸。

具體實施方式

步驟1：讓電動渦噴為垂直起飛和著落產生升力克服飛機自身重量，達到垂直起降的目的。

步驟2：主發(fā)動機所產生的推力克服飛機行進過程中飛機所產生的阻力以達到前飛的目的，同時以控制面差動所產生的轉矩去控制飛機的姿態(tài)。

技術特征：

技術總結
該研究著眼于使用多個電動渦噴發(fā)動機組成無人機的推進和控制系統(tǒng)，致力于解決那些大小受限但需要很大靜態(tài)升力的現實用途，比如飛行器的垂直起飛降落。該類無人機在起飛和著陸階段采用電動渦噴作為主要的升力系統(tǒng)，它能夠像直升機一樣垂直起飛，又能夠像固定翼飛機一樣的水平飛行，而且具有良好的懸停性能，因而兼具直升機和固定翼飛機的雙重優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：胡光初;聶偉
受保護的技術使用者：成都前沿動力科技有限公司
技術研發(fā)日：2017.01.20
技術公布日：2017.08.18