[發(fā)明專(zhuān)利]一種直驅(qū)式油動(dòng)定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無(wú)人機(jī)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611011966.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106697278A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳浩;張哲;魏流峰;姜林弟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陳浩
• 主分類(lèi)號(hào): B64C27/14
• 分類(lèi)號(hào): B64C27/14;B64C11/36;B64C1/00;B64D47/00;G05D1/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)火炬專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)21228
• 代理人: 王春艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直驅(qū)式油動(dòng)定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無(wú)人機(jī)及其控制方法。

技術(shù)背景

一般地，無(wú)人機(jī)分為無(wú)人固定翼、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)和無(wú)人撲翼機(jī)，前三類(lèi)最為常見(jiàn)，且應(yīng)用最為廣泛。無(wú)人固定翼飛行效率最高，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，巡航速度高，但需要跑道，無(wú)法空中懸停，機(jī)動(dòng)性最差；無(wú)人直升機(jī)可垂直起降，空中懸停，機(jī)動(dòng)性最好，航時(shí)長(zhǎng)和載重大，但結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，成本最高；無(wú)人多旋翼結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，操作最簡(jiǎn)單，容錯(cuò)能力強(qiáng)，成本低廉，可垂直起降和空中懸停。

目前，市場(chǎng)上所售電池的能量密度比小，電動(dòng)多旋翼普遍存在航時(shí)短和載重小的缺陷。采用燃油作為動(dòng)力來(lái)源是在電池技術(shù)得以突破之前克服航時(shí)和載重瓶頸的有效途徑。然而，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的非線(xiàn)性和慢響應(yīng)，油動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)領(lǐng)域受關(guān)注較少。

近來(lái)，有幾個(gè)油動(dòng)多旋翼方案被提出，如：?jiǎn)螜C(jī)驅(qū)動(dòng)多槳方案、雙機(jī)驅(qū)動(dòng)多槳方案和油電混合方案，這些方案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，喪失了多旋翼無(wú)人機(jī)本身的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品均未真正實(shí)用。目前，六臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)六只旋翼的油動(dòng)直驅(qū)定槳距變轉(zhuǎn)速方案是真正實(shí)用的方案，缺點(diǎn)是反應(yīng)慢、機(jī)動(dòng)性差、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損大和不允許大姿態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種直驅(qū)式油動(dòng)定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無(wú)人機(jī)及其控制方法，解決現(xiàn)有多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)存在的不足和問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種直驅(qū)式油動(dòng)定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無(wú)人機(jī)，包括機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)、起落架和航電系統(tǒng)，所述的機(jī)身為全復(fù)材的一體化機(jī)身，所述的動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)組成，所述的起落架為滑橇式起落架，其上設(shè)置有柔性的吊裝位，以固連不同的任務(wù)設(shè)備。

直驅(qū)式油動(dòng)定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無(wú)人機(jī)，其組成包括機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)、起落架和航電系統(tǒng)；所述機(jī)身為全復(fù)材的一體化機(jī)身；所述動(dòng)力系統(tǒng)的組成包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)和供油系統(tǒng)；所述航電系統(tǒng)的組成包括飛控、采集模塊、供電模塊、指示模塊和接收機(jī)；所述起落架為滑橇式起落架，其上設(shè)置有柔性的吊艙位；

所述機(jī)身的組成包括主機(jī)身、加強(qiáng)件、發(fā)動(dòng)機(jī)座、藥箱、油箱托、油箱、中心板、機(jī)罩和機(jī)臂；所述主機(jī)身采用碳纖維復(fù)合材料一體化成型，機(jī)臂設(shè)置在主機(jī)身上，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)機(jī)械連接，振動(dòng)小，比強(qiáng)度和比剛度大，結(jié)構(gòu)輕，可防水、防塵；所述加強(qiáng)件為碳纖維筒，與主機(jī)身鉚接在一起，一方面可以增強(qiáng)機(jī)身剛度，另一方面可以起限位作用，限制藥箱的水平自由度；發(fā)動(dòng)機(jī)座作為埋覆件固定在主機(jī)身上的機(jī)臂末端；所述藥箱設(shè)置在主機(jī)身內(nèi)部的筒形加強(qiáng)件形成的腔內(nèi)，水平方向的自由度被筒形加強(qiáng)件限制，豎直方向的自由度被主機(jī)身限制；油箱托為碳纖維復(fù)合材料桶，上部與連接在主機(jī)身上平面的中心板連接，下部表面貼在藥箱上表面上，限制藥箱在豎直方向自由度；油箱放置在油箱托和中心板之間的空間內(nèi)；機(jī)罩為全透明塑料殼；所述機(jī)身采用嵌套式布局，供油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)均在主機(jī)身內(nèi)，避免傳統(tǒng)的單獨(dú)懸掛，有利于提高空間利用率，減小廢阻。

所述起落架通過(guò)6個(gè)管夾固定在主機(jī)身的下部，起落架采用最簡(jiǎn)單的滑橇式結(jié)構(gòu)，具有很好的緩沖、吸振作用；起落架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且中部空間充裕，起落架中間部位設(shè)置了一塊碳纖板，即所述的柔性吊艙位，連接不同的吊艙，通過(guò)不同的孔位固定安裝不同的任務(wù)設(shè)備，而不需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力地更改機(jī)身或起落架，這是采用嵌套式布局和滑橇式起落架的結(jié)果。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和變槳距系統(tǒng)設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)座上；所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火器、噴油器、啟動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU）和油門(mén)舵機(jī)組成；所述變槳距系統(tǒng)由變距舵機(jī)、舵機(jī)搖臂、舵機(jī)連桿、H連桿、防扭臂、不動(dòng)盤(pán)、動(dòng)盤(pán)和旋翼夾控制臂組成；所述旋翼系統(tǒng)由旋翼軸、旋翼頭、中連塊、旋翼夾和旋翼組成；

所述旋翼軸帶法蘭盤(pán)一端與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上的法蘭盤(pán)直接連接，并穿過(guò)與防扭臂、H連桿、舵機(jī)連桿和舵機(jī)搖臂連接的不動(dòng)盤(pán)，以及通過(guò)旋翼夾控制臂與旋翼夾鉸接的動(dòng)盤(pán)，不動(dòng)盤(pán)和動(dòng)盤(pán)之間有軸承，旋翼頭鉸接在旋翼軸的另一端，中連塊鉸接在旋翼頭上，中連塊兩端連接旋翼夾，旋翼螺接在旋翼夾上，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸帶動(dòng)旋翼軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋翼軸帶動(dòng)旋翼同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)旋翼系統(tǒng)，無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，其具有精度高、效率高、噪音低、壽命長(zhǎng)、體積小和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

所述采集模塊包括由陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、激光測(cè)距儀、氣壓計(jì)和GPS組成，監(jiān)測(cè)機(jī)體當(dāng)前的姿態(tài)和位置，并通過(guò)姿態(tài)融合算法和高度融合算法實(shí)時(shí)傳給飛控；所述供電模塊主要由電池、配電器和航空電纜組成；指示模塊包括狀態(tài)指示燈、航向指示燈。