[發明專利]尾坐式垂直起降無人機及其控制系統與控制方法

在審

• 申請號: 201811596279.9
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109606674A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 羅世彬;廖宇新;李曉棟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B64C29/00
• 分類號: B64C29/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種尾坐式垂直起降無人機，所述無人機包括：機身(1)、機翼(2)、尾翼(3)、以及電機(4)和螺旋槳(5)，所述機翼(2)和所述尾翼(3)設于所述機身(1)外表面，所述機翼(2)為下反設置，所述尾翼(3)為上反設置；該無人機的飛行模式包括：垂飛模式、垂?平過渡模式、平飛模式、平—垂過渡模式，兼具旋翼無人機和固定翼無人機兩種飛行特點，使起飛、降落場地減?。黄斤w模式速度快。它具備垂直起降的特性，可以部署在各種受限環境中，如山區丘陵地帶以及狹窄的城市街道；又具有水平高速巡航功能，增加了滯空時間，擴大了航。本發明還提供一種尾坐式垂直起降無人機的控制系統和控制方法。

技術領域

本發明涉及無人機領域，尤其涉及一種尾坐式垂直起降無人機及其控制系統與控制方法。

背景技術

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，是一類利用空氣動力承載飛行并且可回收重復利用的飛行器。無人機具有體積小、重量輕、費用低、操作靈活和安全性高的特點，可廣泛應用于航拍、檢測、搜救、資源勘查等領域。它憑借自身的優勢和特點，在多個領域獲得了廣泛應用。在軍事方面，無人機的主要用途包括地面戰場偵察、獲取敵方情報、近距離控制巡邏、監視、電子戰和地面通信等；在民用方面，無人機的使用范圍也相當廣泛，例如航拍和圖像傳輸，巡邏監視和目標跟蹤，自然災害發生之后的搜索和救援，高壓線、橋梁、水壩和地震后路段的檢查等。無人機根據其機翼的類型可以分為和固定翼無人機和旋翼無人機。

固定翼無人機主要靠機翼產生升力平衡飛機重量，其飛行速度快，航程和巡航時間長，可掛載荷大等優點被廣泛應用在敵情偵察，精確打擊，森林防火，勘測測繪等領域。

旋翼無人機是一種性能優良的垂直起降(VTOL)飛行器，它具有體積小、可垂直起降、可懸停、機動性強、結構簡單、易于控制、穩定性高等優點，廣泛應用于消防、災情預警、航拍等領域。但旋翼無人機中一般是通過旋翼的高速旋轉為多軸飛行器提供動力，通過變化旋翼的轉速來改變飛行姿態的，多動力的無極調速目前一般是使用多個電動機，由于受電池功率限制，電動機的轉矩偏小，旋翼無人機直接和動力系統相連的旋翼效率遠不如固定翼飛機的機翼，因此功耗大；又因其前進速度主要靠旋翼槳盤通過傾斜盤的傾斜產生的分力提供，同時旋翼無人機前進飛行的阻力也較固定翼飛機大的多。

固定翼無人機雖然飛行速度快、效率高，但其對起飛和降落過程對環境要求特別的高，需要比較平緩、長距離的起降跑道，在一些環境較為苛刻的場地無法正常起降，機動性較差。但旋翼無人機飛行速度、距離和續航時間以及載重都不如固定翼飛機。

垂直起降技術使得飛行器具有集固定翼與旋翼機的性能、優點于一身的可能。為了將傳統的旋翼無人機和固定翼無人機融合，國內對垂直起降無人機已經有了大量的研究，但就實品來看大多是一類起降過程機身不發生傾轉，起降過程中工作的旋翼在平飛時不工作，平飛過程中工作的旋翼起降過程不工作，降低了有效載荷。CN106143878A提供的垂直起降式無人機在起飛的時候，有4個翼工作，但是在平飛的時候有些翼是不工作的，降低了有效載荷。像V-22這種傾轉旋翼的飛行器，機械機構復雜，開發難度大。因此，將傳統的旋翼無人機和固定翼無人機有效融合依然是本領域研究的熱點問題。

此外，市面上無人機的飛行控制系統中采用的傳感器多為單套配置，當任一傳感器發生故障時，無法進行可靠穩定的飛行。

發明內容

本發明提供一種尾坐式垂直起降無人機，結構簡單，兼具旋翼無人機和固定翼無人機兩種飛行特點，它既可以像旋翼無人機一樣實現垂直起降、空中懸停以及低速穩定飛行，又可以像固定翼無人機一樣高速水平飛行，實現了傳統的旋翼無人機和固定翼無人機有效的融合。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種尾坐式垂直起降無人機，所述無人機包括：機身、機翼、尾翼、以及電機和螺旋槳，所述機翼和所述尾翼設于所述機身外表面，所述機翼為下反設置，所述尾翼為上反設置；