[發明專利]一種純電動縱列雙旋翼無人機系統

在審

• 申請號: 202010739927.2
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111874222A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 馬曉光
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64D27/24;B64C27/32;G05D1/08
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明提供了一種純電動縱列雙旋翼無人機系統，包括縱列雙旋翼無人機平臺、飛控單元、電源及電源管理單元以及地面站單元；縱列雙旋翼無人機平臺包括機架、旋翼系統以及動力系統；飛控單元通過傳感器獲取無人機的姿態信息，并通過PID控制器實現姿態的控制；電源及電源管理單元分別與動力系統以及飛控單元相連接，地面站單元與飛控單元進行數據及指令傳輸。本發明采用純電動動力系統，大大簡化動力系統機械難度和維修難度，并且更加環保；兩個旋轉方向相反的旋翼系統分別安裝在兩個旋翼塔座上，產生的反作用扭矩可以互相平衡掉，無需單獨設計尾槳，效率更高；載重能力更為優秀；起降要求條件低，懸停時的抗側風擾動能力優秀，具有較大的操縱余量。

技術領域

本發明屬于無人機機械設計領域，具體涉及一種純電動縱列雙旋翼無人機系統。

背景技術

在民用領域，無論是應急醫療、物流，還是消防等領域都對運輸無人機有大量需求。在軍用領域，運輸無人機可實現戰場短距離多批次的物資運輸，以及偵察、應急救援等各領域的應用。因此，運輸無人機是各國軍方和眾多科技公司競相攻克的項目。而且目前制約運輸無人機發展的主要瓶頸就是安全可靠性、載重量和飛行時間。另外目前國內外主流運輸無人機是采用油動航空發動機，以燃油提供動力，優點是載重和續航都比較好；但缺點是結構復雜，維護保養難度大，操作起來對飛手要求高；購買價格較貴；發動機震動大，壽命不長等。這些都限制了運輸無人機的發展。純電動、長航時、大負載、垂直起降的無人機目前國內外都是空白。

因此，針對以上問題研制出一種具有優秀載重與續航且起飛條件較低的純電動無人機是本領域技術人員所急需解決的難題。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種純電動縱列雙旋翼無人機系統。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種純電動縱列雙旋翼無人機系統，包括縱列雙旋翼無人機平臺、飛控單元、電源及電源管理單元以及地面站單元；所述縱列雙旋翼無人機平臺包括機架、旋翼系統以及動力系統；所述機架的前后兩端各設有一個旋翼塔座；所述旋翼系統的數量為兩個，分別安裝于兩個旋翼塔座上，且旋轉方向相反；所述動力系統為純電動動力系統，數量同樣為兩個，分別與兩個旋翼系統配合相安裝；所述飛控單元通過傳感器獲取無人機的姿態信息，并通過PID控制器實現姿態的控制；所述電源及電源管理單元分別與動力系統以及飛控單元相連接，包括高能量密度鋰電池組以及與之相連的電源管理系統；所述地面站單元與飛控單元進行數據及指令傳輸，包括遙控器及操作系統。

本發明中的縱列雙旋翼無人機平臺由于其雙發結構，機艙長而平直特性，在較低槳盤載荷下可得到最佳性能，縱向重心范圍大使得其懸停效率更高。機身和外掛點不受結構及外掛貨物的重心變化影響，無需特殊配平，不受起落機構干擾，帶來的直接好處是其運載能力相較于傳統的單旋翼直升機有明顯的提升，載重能力也更大。具備同體積下槳盤直徑更小的先天優勢，翼尖線速度更低，可以確保飛行速度優于常規直升機。縱列式雙旋翼直升機抗側風能力強，無需飛控為其保持角速率閉環穩定，在大風環境下仍有較大的操縱余量，抗側風能力強，在大風環境下仍有較大的操縱余量。

電源及電源管理單元分別與動力系統以及飛控單元相連接，包括高能量密度鋰電池組以及與之相連的電源管理系統，電源管理系統負責測量并記錄電池電壓、溫度、容量、運行電流、運行電壓等參數。

地面站單元可以實現無人機自動航線的規劃、無人機遙控、機載圖像回傳畫面顯示以及無人機狀態監視的功能。

進一步地，所述旋翼系統包含有伺服舵機，用于控制周期變距以及總距，并且旋翼系統的主軸上還配合安裝有單向軸承。

進一步地，所述傳感器為加速度傳感器以及陀螺儀傳感器。

進一步地，所述飛控單元還包括有定位系統。

進一步地，所述定位系統為GPS定位系統或者北斗定位系統。