一種具有雙偏航控制系統的垂直起降無人機的制作方法
【專利說明】一種具有雙偏航控制系統的垂直起降無人機
[0001] 本發明的內容及目的
[0002] 本發明是一種適于軍用和民用的具有雙偏航控制系統（TYCS)的無人機或垂直起 降無人機（VTOLUAV)。垂直起降無人機使用噴射發動機或活塞發動機作為主動機，其構成 復雜系統的一部分。電能被通過牙輪皮帶傳輸到減速箱，以便將運動改變成水平方向，以驅 動主旋翼槳葉，從而對飛機進行提升以做上下運動。除此之外，為軍事行動目的或其他任務 需要，垂直起降無人機配備有輔助設備。具有雙偏航控制系統的垂直起降無人機受控于無 線電信號或稱為"飛行控制系統"的電子裝置，其能夠控制飛機自動起飛和降落以及在預設 航線上飛行，因此該無人機不但容易使用，而且飛行的安全性很高。
[0003]本發明的目的是開發一種軍用和民用的具有雙偏航控制系統的無人機或垂直起 降無人機。所述飛機能夠不依靠飛機場進行垂直起飛和降落。為了靈活性和安全運行，可 以選擇外部操作員利用無線電信號進行手動飛行控制模式操作，以及一種自動或半自動的 飛行控制系統。
[0004] 發明涉及的技術
[0005] 機械工程（飛機結構、電力傳輸、發動機）
[0006] 空氣動力學工程（主旋翼、尾部螺旋槳、和直升機飛機設計）
【背景技術】
[0007]在與安全相關的工作中使用無人機的概念在世界范圍內的許多國家已出現。為軍 用和民用目的，已經成功開發了支持各種任務的無人機。無人機或無人駕駛飛行器已被定 義為"一種具有發動機和槳葉的自動推進式飛機"這種飛機上沒有飛行員，同時能夠利用機 載自動飛行控制系統或遠程飛行控制在空中自行飛行，上述機載自動飛行控制系統或遠程 飛行控制專門為該飛機前后飛行設計并可重復使用。然而，本定義并未涵蓋輕于空氣的任 意飛行器，比如氣球、軟式小型飛船、齊伯林飛船、或飛艇，并且不包括導彈，因為其不使用 氣動力將飛行器機身提升至浮于空中。這也不包括外部飛行控制操作員建造和控制的任意 制導武器、彈道彈藥、以及RC飛機。即便所述RC飛機上沒有操作員，但是其一直受控于外 部飛行控制操作員。
[0008]無人機可被粗略分為以下4種類型：（來自"泰國皇家空軍期刊"，第8卷，作者，納 塔波爾?尼尤姆太）
[0009] 1.續航無人機-為高海拔、遠距離及高續航飛行設計，是高性能的無人機，總是被 發現飛行在地平線以上以及超視距，所述飛機的飛行控制和傳感器與衛星網絡連接。
[0010] 2.戰術無人機-為中海拔設計，并且在地面控制站視距范圍內，它們必須能夠長 時間運行和經常使用。
[0011] 視線鏈路用于控制所述飛機并且檢測接收信號。
[0012] 3.小型無人機-人工控制移動，并且為地面控制站周圍幾公里的飛行設計，其利 用視影通信，通常能夠實現2-3小時的運行。
[0013] 4.微型無人機-非常便攜，平均尺寸不超過6英寸，使其檢測更為困難，從而能夠 受控進入小區域，比如較大飛行器無法進入的建筑物開放窗口。
[0014] 另一種與無人機類似的飛機類型為遙控飛行器（RPV)。遙控飛行器是沒有操作員 的飛機，但是其能夠被通信網絡遠程控制。遙控飛行器一般為可回收設計，并且最初是遙控 飛機的大型形式。遙控飛行器已在軍隊中使用多年，比如遙控駕駛無人機、測試飛機、以及 偵察機。
[0015] 垂直起降無人機能夠主要分為以下2類：
[0016] 1.常規直升機
[0017] 這是常規直升機的變型，從而其能夠使用自動飛行控制自行飛行。在此，只討論現 在已經開發和商業化的垂直起降無人機，比如：
[0018] 雅馬哈R-MAX是有史以來最先進的商用直升機（垂直起降無人機）。1983年，雅 瑪哈公司接到日本農林水產省中林業和漁業部門的研究要求之后，開始發展無人直升機用 于農田化肥播撒，比如稻田化肥散播和農藥散播，從而取代人工。
[0019] 雅瑪哈R-MAX的規格
[0020]
[0021] 西貝爾公司（Schiebel)的"坎姆考普特"(CAMC0PTER)S-100是一種主要用于軍事 的中等操作范圍及中程垂直起降無人機。其規格如表2所示。
[0022] 西貝爾（Sclliebel)公司"坎姆考普特"（CAMC0PTER)的規格
[0023]
[0025] 2.垂直起降無人機的其它類型
[0026] 目前，許多垂直起降無人機已經使用不同的概念進行設計，一些仍然處于開發階 段，而其它則沒有正式商業化，比如：
[0027] 尾旋翼和機尾
[0028] 這種概念利用原本安裝在常規飛機上的平行于地面的傾轉旋翼槳葉，以便使得它 們的軸垂直于地面或幾乎垂直于地面。因此，該飛機能夠利用非常小的距離垂直起飛和降 落。一旦達到某一高度，該槳葉軸將轉回其初始方向（平行于地面）以固定翼或旋翼模式 飛行。以此設計，該翼將作為旋翼來回提升機身。達到某一高度后，該翼將停止轉動并且轉 變為固定翼飛機。
[0029] 尾座式
[0030] 這種設計當由水平停機到垂直停機過程中采用飛機的尾部作為座（sitter)來代 替通常的起落架以改變飛機方向。
[0031] 同軸旋翼
[0032] 這種設計利用了以相反的方向轉動的兩組旋翼，從而降低反作用扭矩的出現。原 來，直升機利用尾部端部的旋翼槳葉實現這個功能。一旦使用這兩組旋翼，就不再需要尾部 螺旋槳，從而導致了飛機沿旋翼軸呈對稱以及側移自由性較高。其它國家同軸式旋翼垂直 起降無人機的研究與發展集合了有史以來的所有垂直起降無人機研究和發展的起源。回望 第一次世界大戰期間，正如在英國海軍的每個戰列艦和巡洋艦看到的那樣，海軍是首次使 用有人駕駛飛機進行監控工作的組織。常常看到這些飛機從船舶基地跑道起飛，并且從敵 人的船上炮塔多次拍到它們。
[0033] 二十年后，飛機彈射系統已經變為蒸汽推進系統，之后變成了那時候航空母艦船 載的標準系統。利用艦載飛機用于監視目的成功地對陸戰做出了許多貢獻，它們中大部分 為短時飛行，后來遙控飛機替代了有人駕駛飛機執行監視任務。那時候，只有美國海軍展現 出開發遙控飛機并將其投入運行的能力。為便于船上作業，已經改良了直升機使其能垂直 起飛和降落。美國海軍使用的可在實際工作地區執行任務的第一架垂直起降無人機是遙 控直升機或GyrodyneRotorcycle公司用于反潛任務的無人機（DroneHelicopter)，其為 QH-50型的無線電遙控反潛艇直升飛機。最初，QH-50型無線電遙控反潛艇直升飛機為美 國海軍設計，只能滿足短距離機載一人的小直升機。自1963年1月QH-50型無線電遙控反 潛艇直升飛機投入使用之后，他們有配備了通過施放魚雷具備反潛能力的水面戰艦。QH-50 型無線電遙控反潛艇直升飛機的起飛和降落通過船舶甲板上的外部操作員控制。起飛之 后，在驅逐艦艦作戰信息中心（CIC)工作的內部操作員利用雷達控制QH-50型無線電遙控 反潛艇直升飛機。QH-50型無線電遙控反潛艇直升飛機將