[發明專利]一種油電混合動力多旋翼飛行器及其飛行控制方法

有效

• 申請號: 201710152129.8
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106927030B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 鄧陽平;田力;高正紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/14;B64C27/59;B64D27/08;B64D27/24
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發明提出一種油電混合動力多旋翼飛行器及其飛行控制方法，飛行器包括機身、主動力系統和輔助控制系統；主動力系統包括燃油發動機、傳動系統和主升力螺旋槳；兩個主升力螺旋槳對稱布置在機身兩側，燃油發動機通過傳動系統驅動主升力螺旋槳旋轉，兩個主升力螺旋槳轉速一致，旋轉方向相反；輔助控制系統包括若干電機驅動的輔助螺旋槳；輔助螺旋槳通過支桿連接機身，且若干輔助螺旋槳對稱分布在機身兩側；輔助螺旋槳及驅動電機繞自身安裝支桿軸線向機身方向傾轉設定角度。本發明提出的飛行器只增加了一套簡單的傳動機構，無舵機操縱機構，結構復雜度增加較少，可靠性仍有一定保證，但續航時間及載荷能力大幅提高，極大地提高了多旋翼飛行器的實用性。

技術領域

本發明涉及航空技術領域，具體為一種油電混合動力多旋翼飛行器及其飛行控制方法。

背景技術

傳統多旋翼飛行器采用多個電機驅動螺旋槳提供飛行所需拉力，在飛控系統的支持下通過飛行器姿態的傾斜進行前后左右飛行，因為沒有傳統直升機的傳動及機械操縱機構，因此具有結構簡單、操縱簡單、可靠性高等優點。但同時因為采用了電機作為動力源且目前電池的能量密度較低，因此電驅動多軸飛行器的巡航時間很短，一般不超過半小時，從而大大限制了電動多旋翼飛行器的應用。

燃油動力多旋翼飛行器一般采用活塞動力，克服了電動多旋翼飛行器續航時間短的缺點，但仍有不足，一種燃油動力多旋翼飛行器是采用多臺活塞動力直接驅動螺旋槳，但由于活塞發動機轉速調節相比電機遲緩，因此該類型飛行器的飛行操縱和控制難度大，且多臺活塞發動機也增加了后期維護成本；另一種是采用單臺活塞動力，通過傳動系統將動力傳輸到四周的變距旋翼，雖然增加了續航時間，但增加了傳動系統和變距操縱機構，使得整個飛行器系統復雜度增加，可靠性降低，相比傳統直升機的優勢減弱，失去了多旋翼飛行器結構簡單這一最大優點。

有一種油電混合多旋翼飛行器采用活塞動力驅動發電機，發電機輸出動力驅動四軸的電動機，但由于發電機和電機技術的限制，動力從發動機到四周升力螺旋槳的傳輸效率較低，一般不超過70％，且發電機和整流器等增加了飛行器的空機重量，從而限制了該類飛行器的載荷能力和續航時間。

專利號201520706579.3和201520341172.5分別分布了一種油電混合多旋翼飛行器方案，均采用中心活塞動力直接帶動螺旋槳提供主升力，四周的電機驅動螺旋槳提供輔助升力及進行姿態控制，并且均使用擾流片來克服主升力螺旋槳的反扭矩并進行偏航控制，區別在于擾流片的數量及安裝位置。專利號201520704292.7和201520524032.1公布了同以上兩個專利類似的油電混合多旋翼飛行器方案，不同點在于是通過增加類似于傳統直升機的偏航控制尾槳來進行反扭矩和偏航控制。以上四個專利公布的方案中，活塞發動機驅動的螺旋槳均布置在機身中心部位，一方面是增加了機身載荷布置的難度，另一方面是機身對螺旋槳下洗氣流具有一定的遮擋，從而降低了主升力螺旋槳的效率；此外，以上方案的偏航控制均采用舵機驅動機械操縱的擾流片或尾槳，也在一定程度上增加了飛行器的結構復雜度。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，提供一種具備較長巡航時間的多旋翼飛行器，本發明提出了一種油電混合動力多旋翼飛行器及其飛行控制方法。

本發明的技術方案為：

所述一種油電混合動力多旋翼飛行器，其特征在于：包括機身、主動力系統和輔助控制系統；

所述主動力系統包括燃油發動機、傳動系統和主升力螺旋槳；兩個主升力螺旋槳對稱布置在機身兩側，燃油發動機通過傳動系統驅動主升力螺旋槳旋轉，兩個主升力螺旋槳轉速一致，旋轉方向相反；

所述輔助控制系統包括若干電機驅動的輔助螺旋槳；輔助螺旋槳通過支桿連接機身，且若干輔助螺旋槳對稱分布在機身兩側；輔助螺旋槳及驅動電機繞自身安裝支桿軸線向機身方向傾轉設定角度。