[發明專利]一種混合動力無人機

在審

• 申請號: 201710285923.X
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107140192A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 陶霖密
• 申請（專利權）人: 陶霖密
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C39/02;B64D27/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 張曉霞

技術領域

本發明涉及一種飛行器，具體涉及一種混合動力混合旋翼無人機。

背景技術

隨著無人機行業的火爆發展，各種各樣的無人飛行器系統被發明出來，用于實現不同的任務作業。無人飛行器按照外形和飛行原理分類，主要有三種類型：固定翼、直升機、多旋翼。其中固定翼型無人機無法垂直起降和懸停，直升飛機和多旋翼無人機都可以垂直起降和懸停。

經過理論分析，多旋翼無人機，又稱多軸飛行器，包括4旋翼無人機、6旋翼無人機及8旋翼無人機等，其特征是多個完全一樣的旋翼，成對相向旋轉，產生升力。同時，不同旋翼之間的速度差，產生無人機對地的傾角，從而產生旋轉和向前、向后飛行。因此，多旋翼無人機結構簡單，控制簡單，容易實現。但多旋翼無人機的根本問題是其升力來自于多個較小的旋翼，旋翼的總和面積有限。其旋翼總面積遠小于同等級大小的直升機，且多個旋翼之間會產生相互干擾。旋翼個數越多，干擾越嚴重。故多旋翼飛機的效率和載荷普遍低于直升機。從而造成載荷太小，難以實現高載荷、長航程或長航時、高抗風能力的飛行。另外，要增加多旋翼飛機的載荷，只能增加旋翼的尺寸，而多旋翼飛機簡單的運動控制完全依賴于螺旋槳及時的速度和方向的改變，以調整力和力矩，該方式不宜推廣到更大尺寸的多旋翼，因為槳葉尺寸越大，越難迅速改變其速度。因此，目前多旋翼無人機的載荷大多在五公斤以下，絕大部分在一公斤以下，主要用于無載荷的玩具，及用于航拍等低載荷需求的領域。

普通直升機的基本特征是具有一個或一對大型的旋翼，其旋翼的面積遠大于多旋翼無人機的旋翼的總面積，因此，其載荷能力和續航能力遠大于多旋翼無人機，其效率也高于多旋翼多旋翼無人機。普通直升機可以相對方便地增加旋翼尺寸，直徑大，效率高，能實現大載荷和高穩定性。當前直升機載荷最大的可以達到數十噸。直升機的旋翼和軸之間有活動的機械連接部件，通過調節旋翼的距離和傾角來實現直升機的旋轉和前進飛行，從而導致直升機的控制復雜。學習直升機的飛行不是簡單的事情。直升機飛行過程中會產生通道間耦合，自駕儀控制器設計困難，控制器調節也很困難。另外，太大的旋翼使得旋翼頂端相對空氣的高速運動，導致阻力和不穩定性增加，而效率和可靠性下降。

多旋翼無人機的操控原理簡單，操控器四個搖桿操作對應飛行器的前后、左右、上下和偏航方向的運動。在自動駕駛儀方面，多旋翼無人機自駕儀控制方法簡單，控制器參數調節也很簡單。多旋翼無人機可靠性、勤務性更高。若僅考慮機械的可靠性，多旋翼沒有活動部件，它的可靠性基本上取決于無刷電機的可靠性，因此可靠性較高。同時，多旋翼機結構簡單，若電機、電子調速器、槳和機架損壞，很容易替換。而直升機由于旋翼和軸之間存在鉸鏈連接，控制旋翼的方向和角度，其控制系統不但要控制直升機的運動，而且同時要控制每個旋翼的運動，因此直升機的控制系統相對復雜，旋翼的安裝也需要技巧，成本較高。

傳統的多旋翼結構無人機(如四旋翼、六旋翼等)，擁有對稱布局的、大小完全一致的4個或者6個或者更多個水平旋轉的旋翼。其使用電子調速器(ECS)無級變速控制每個旋翼的轉速，采用通過ECS快速改變旋翼旋轉速度的辦法來控制多軸無人機的飛行姿態，所有旋翼的旋轉產生升力的合力來抵消飛機重力。其特點在于多個旋翼同時提供無人機的升力和飛行姿態控制力，因此，所有旋翼必須要能快速改變轉速從而實時調整飛行器的飛行姿態，實現飛行器的平穩飛行。實現這一目標的最佳途徑是無刷電機，該電機可以用電子調速器來方便、快速地調節電機的轉速。但基于無刷電機的無人機的缺點也很明顯，一是千瓦以上的電機由于旋翼大，慣性大，難以實時調速；二是目前的鋰電池的能量質量密度低，從而使得多旋翼無人機載荷低、續航時間短。而能量質量密度高的汽油、煤油發動機難以精確、快速地調速，使得現有的多旋翼無人機難以使用傳統無人機的動力系統，如汽油發動機、煤油發動機等。因此，傳統的多旋翼無人機的發展，遇到了很大的困難，需要新的突破。

綜合上述分析，直升機的主要優點是大型單(或雙)旋翼，可變槳距和槳角，使得直升機的旋翼同時具有升力和控制力，具有大載荷，高效率等優點,但其太大的旋翼使得旋翼頂端相對空氣的高速運動，導致阻力和不穩定性增加，而效率和可靠性下降。而多旋翼的優點則是飛行器的升力和控制力均來自于多個相同的旋翼，結構簡單帶來的控制簡單、勤務性高,但其載荷太小，難以實現高載荷、長航程或長航時、高抗風能力的飛行。

發明內容