[發明專利]變姿飛行器

有效

• 申請號: 201110216525.5
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102358420A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 高慶嘉;白越;侯至丞;孫強;劉殿雙;續志軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/28;B64C27/37
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術領域

本發明涉及一種無人飛行器，特別涉及一種具有固定翼飛機高速飛行功能的變姿飛行器。

背景技術

無人飛行器主要包括固定翼和旋翼類兩大類，傳統的固定翼飛行器飛行速度快，作業半 徑大，技術比較成熟，但是固定翼飛行器的起飛和降落需要足夠的場地，它的應用在某些場 合受到限制。旋翼類無人直升機能在狹窄的環境中垂直起降，空中懸停，能向任意方向靈活 飛行，但是它的飛行速度低，任務半徑小，機械系統復雜，穩定性也較差。為此，既能實現 垂直起降又能像固定翼飛行器那樣水平高速飛行的變姿飛行器備受關注。

目前的變姿飛行器主要有傾轉旋翼機和應用涵道風扇技術的垂直起降飛行器。傾轉旋翼 機如美國的V-22，依靠旋翼短艙傾轉，實現垂直起降和水平高速飛行兩種姿態的變換，但結 構非常復雜。應用涵道風扇技術的垂直起降飛行器如美國的Cypher，GoldenEye，iSTAR， 法國Bertin公司的HoverEye等，這一類飛行器主要分為三種：一種是運用共軸旋翼的涵道 飛行器，共軸的兩個旋翼旋轉方向相反以抵消各自的扭矩，通過一套公用舵機系統改變旋翼 的總距和周期變距，從而改變飛行器的飛行姿態，實現水平飛行。一種是運用單個涵道風扇 以及若干的固定板和導向板，由固定板提供飛行器的反扭矩，通過導向板的控制實現飛行器 姿態改變。一種是運用并排的兩個涵道風扇及若干的固定板和導向板，由固定板提供飛行器 的反扭矩，通過導向板的控制實現飛行器姿態改變。上述兩類變姿飛行器結構較復雜，控制 困難，操縱性和穩定性也較差，制造、使用成本均較高，不利于無人飛行器在科研、工農業、 娛樂等非軍事領域的推廣。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種既具有固定翼飛機高速飛行功能，又能夠垂直起降， 空中懸停，向任意方向靈活飛行，并且結構簡單的變姿飛行器。

為了解決上述技術問題，本發明的變姿飛行器包括機體，分布在機體周圍并位于同一平 面內的至少三個連接桿，安裝在各連接桿外端的旋翼，安裝在機體內部的控制器；所述固定 翼安裝在機體的下部，其弦線與各連接桿所在的平面成一角度。

所述固定翼采用高升阻比翼型。

所述各旋翼安裝在涵道殼體內。

所述涵道殼體截面采用對稱翼型。

本發明的變姿飛行器還包括起落架，所述起落架固定在連接桿的下面。

所述機體周圍分布六個連接桿，每個連接桿的外端安裝一個旋翼；旋翼的旋轉平面與六 個連接桿所在的平面形成傾角；且每個旋翼的旋轉平面與相隔兩個旋翼的第三個旋翼的旋轉 平面經過機體坐標系的原點并且共面，兩個旋翼分別安裝正反槳，旋轉方向相反，反扭矩可 相互抵消。

所述的控制器包括x控制器、y控制器、z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器、全 局輸入解耦裝置；x控制器、y控制器、z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器分別根據 給定的x向位移、y向位移、z向位移、俯仰角θ、滾轉角φ、偏航角ψ與對應的反饋信號的 差值計算并輸出各自由度虛擬控制量；全局輸入解耦裝置根據接收的各自由度虛擬控制量， 通過非線性解耦映射得到各旋翼轉速，然后將各旋翼轉速傳輸到各旋翼對應的驅動裝置；所 述的全局輸入解耦裝置包括：

系數矩陣M_co存儲模塊(101)；

所述的系數矩陣M_co＝diag(k₁₁，k₂₂，...，k_mm)；(1)

結構矩陣M_rel存儲模塊(102)；

所述的結構矩陣M_rel＝{-1^kAIV_ij}_{m×6，k＝1，2}????(2)

式(2)中i＝1、2、3、……m，j＝1、2、3、4、5、6，m為旋翼的數量；AIV_ij為第i 個旋翼動作時對第j個自由度的絕對影響值；