[發明專利]一種推力矢量傾轉三旋翼無人機及其控制方法

在審

• 申請號: 202010410878.8
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111498100A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 胡丹丹;管若喬
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: B64C27/22
• 分類號: B64C27/22;B64C27/32;B64D27/24
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

一種推力矢量傾轉三旋翼無人機。其包括機身、前排右側電機及旋翼、前排右側傾轉舵機、右側連接桿、前排左側電機及旋翼、前排左側傾轉舵機、左側連接桿、尾部電機及旋翼、尾部傾轉舵機、尾部連接桿、左側大翼、左側副翼、右側大翼、右側副翼、起落架、主電池和控制系統。本發明效果：所有旋翼在垂直起降、高速巡航狀態下不停轉，而復合翼飛行器在運行時至少有一個旋翼停轉，其廢重遠大于本無人機。因此，本無人機的飛行效率更高、更節能，進而可節省電池方面的開銷。在常規機型已逐漸普及的環境下，本無人機兼具固定翼及旋翼的特點，可在條件惡劣的環境下應用，具有常規機型不具備的優勢，因此在民用市場上的應用前景廣闊，經濟效益顯著。

技術領域

本發明屬于民用航空技術領域，特別是涉及一種推力矢量傾轉三旋翼無人機及其控制方法。

背景技術

傾轉旋翼飛行器(TRUAV)是一種兼具垂直起降與快速前飛能力的飛行器，其依靠機翼和旋翼產生升力，通常具有三種飛行模式：旋翼模式、過渡模式和固定翼模式，主要構型有雙旋翼、三旋翼和四旋翼。其中，三旋翼相對其他兩種機型存在著許多優點，如結構更緊湊、同重量下廢重及占地面積較小、綜合能耗低等。傾轉旋翼飛行器因其獨特的優點在我國的民用、軍用方面均有廣闊的應用場景，譬如用于復雜地形、海上作戰、重大災害情況下的物資運輸、搶險救災、醫療救護及安防測繪等。與其他垂直起降飛行器(如傾轉機翼飛機、涵道風扇、推力換向飛機)相比，傾轉旋翼飛行器的懸停性能僅次于傳統直升機，而推力矢量傾轉模式雖尚未被大規模研究，卻因其高度可操縱性而具備廣泛的應用前景。

美國貝爾公司通過XV-15和V-22已驗證了傾轉旋翼飛行器的有效性，該公司于1993年啟動了Eagle Eye項目來研究TRUAV，并在5年后開發了第一臺TRUAV。為了研究新型的VTOL無人機，自2002年以來，韓國航空航天研究院(KARI)設計并完成了類似的TRUAV——TR-100和縮小版本的TR-60并開始了控制方法的研究。該機構還研究了地面測試平臺和最優飛機結構設計以提高飛行性能。此外，Dual TRUAV的旋翼像“Osprey”傾斜旋翼飛行器一樣安裝在翼尖上，這種結構和中國的南京航空航天大學，印度理工學院馬德拉斯和國家理工學院Mexs研究與高級研究中心(CINVESTAV-IPN)所公布的研究均是最早公開的結構。日本航天探索局(JAXA)開發了四傾翼無人飛行器(TWUAV)AKITSU，它是一種具有新穎的傾斜轉子結構的TRUAV，其中轉子組裝在機翼的中心，與僅有旋轉轉子的結構相比，轉子和機翼可以一起傾斜，因此可以減少由下洗氣流產生的影響。日本的千葉大學和土耳其的薩班哲大學、希臘的帕特雷大學和瑞士的蘇黎世聯邦理工學院(ETH)也開發了類似的TWUAV，提出了Tri-TRUAV，它將轉子和機翼分開，并由正向雙傾斜轉子和正向雙傾斜轉子組成。中國科學院沈陽自動化研究所(SIA)設計了Quad-TRUAV，該飛機在機身的正面和背面裝有兩對可傾斜的旋翼，以減少空氣動力干擾，法國貢比涅工業大學也開發了類似的TRUAV。

傾轉旋翼飛行器的應用前景十分廣闊，但由于變形的結構導致實際可用控制算法寥若晨星。此外，在已公布的研究成果當中，鮮少有具備推力矢量控制的傾轉旋翼無人機。因此，此型無人機機體及其實用的控制算法均有待進一步開發研究。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供了一種推力矢量傾轉三旋翼無人機及其控制方法。