[發(fā)明專利]一種舵控式垂直起降無人機(jī)及其起降控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011368543.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112298547A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔躍理;王超;許敏;呂超;朱振宇;劉凱飛;葛春雷
• 申請（專利權(quán)）人: 彩虹無人機(jī)科技有限公司
• 主分類號: B64C27/28
• 分類號: B64C27/28;B64C29/02;B64C5/02;B64C25/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明提供一種舵控式垂直起降無人機(jī)及其起降控制方法，舵控式垂直起降無人機(jī)機(jī)體細(xì)長尾部布置對稱水平尾翼和上垂尾、下垂尾以及起落支桿，主翼后緣根部和翼梢分別安裝一對固定的主動力螺旋槳、一對副動力螺旋槳以及其對應(yīng)獨立電機(jī)。本發(fā)明采用舵控式固定翼垂直起降技術(shù)，無人機(jī)可以垂直起飛和固定翼水平巡航，起落裝置結(jié)構(gòu)簡單，飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換方式方便，去除了現(xiàn)有其他形式垂直起降飛機(jī)復(fù)雜傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或者不充分利用的動力裝置。操縱靈活，飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換成本低。利用主推進(jìn)涵道螺旋槳的尾流和全動平尾，飛機(jī)垂直上升一定高度后偏轉(zhuǎn)平尾使飛機(jī)平滑過渡到水平巡航狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器領(lǐng)域，尤其是涉及一種舵控式垂直起降無人機(jī)及其起降控制方法。

背景技術(shù)

垂直起降無人機(jī)相較于水平起降無人機(jī)具有起降靈活的特點，受環(huán)境、場地影響較小。而純旋翼無人機(jī)雖能垂直起降，但其巡航效率比固定翼飛機(jī)更低，因此，具備垂直起降能力的固定翼無人機(jī)在巡航效率和場地適應(yīng)性方面有先天優(yōu)勢，近年來在短距貨物投遞、疫苗運送等領(lǐng)域有很多應(yīng)用。

已有具備垂直起降能力的固定翼無人機(jī)布局形式包括了傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)、傾轉(zhuǎn)涵道螺旋槳、推力矢量式無人機(jī)以及復(fù)合翼無人機(jī)等。這些布局形式的無人機(jī)具備垂直起降、懸停、固定翼巡航等特點，但其用以實現(xiàn)垂直起降的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)或動力裝置使飛機(jī)空重總重增加，有的無人機(jī)用來產(chǎn)生懸停拉力的動力部件在巡航狀態(tài)并不使用，這增加了飛機(jī)巡航態(tài)的無用死重，降低其總體使用效費比。

采用舵控方式垂直起降的無人機(jī)有谷歌公司的Project wing，Project wing是一款小型無人機(jī)，采用類飛翼布局形式的舵控方式實現(xiàn)垂直起降，其轉(zhuǎn)向舵面為主翼末端的襟副翼，雙用途舵面使得該機(jī)型控制策略更為復(fù)雜，起降階段抖動明顯。傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)在近年來國內(nèi)、國際都有出現(xiàn)，此構(gòu)型為垂直起降付出的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)重量成本較大，且其控制策略也較為復(fù)雜，容易在起降階段出現(xiàn)事故。而多旋翼無人機(jī)的巡航效率低、航程小也是其顯著缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種舵控式垂直起降無人機(jī)及其起降控制方法，在兼具垂直起降功能和固定翼高巡航效率特點的同時，有效實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕型化、模態(tài)轉(zhuǎn)換方式簡單化、更高的巡航效率、更方便的操作方式以及更平滑的過渡狀態(tài)。本發(fā)明一種舵控式垂直起降無人機(jī)及其起降控制方法作為一種飛行平臺，可以搭載相關(guān)載荷進(jìn)行物探、巡線、反恐處突、航拍以及偏遠(yuǎn)地區(qū)藥品投送等用途。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種舵控式垂直起降無人機(jī)，包括機(jī)體、主翼，主蓄電池，上垂尾，下垂尾，其特征在于，還包括水平尾翼、起落支架、主動力螺旋槳，副動力螺旋槳，飛行控制單元和副動力螺旋槳電機(jī)；

所述水平尾翼與機(jī)體尾部連接，水平尾翼包括外側(cè)的活動部分；

所述主動力螺旋槳設(shè)于所述主翼的后緣根部，所述主動力螺旋槳為收縮涵道螺旋槳；

所述副動力螺旋槳和副動力螺旋槳電機(jī)均設(shè)于所述主翼的翼梢；

所述飛行控制單元位于機(jī)體內(nèi)部，通過既定控制邏輯或地面直接發(fā)送指令控制無人機(jī)飛行過程。

所述起落支架位于機(jī)體下方；

水平尾翼、主動力螺旋槳及副動力螺旋槳配合，實現(xiàn)無人機(jī)的垂直起降及水平巡航。

進(jìn)一步的，所述主動力螺旋槳包括收縮涵道、軸支桿、螺旋槳、主動力螺旋槳電機(jī)、槳轂以及固定收縮涵道的擾流葉片；螺旋槳位于收縮涵道平直段；收縮涵道末端設(shè)有擾流葉片；槳轂為螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸，一端通過擾流葉片和收縮涵道相連，另一端與軸支桿為一體化結(jié)構(gòu)，通過主翼內(nèi)部翼梁穿插固定，起到整體固定主動力螺旋槳的作用；所述軸支桿中心線與主動力螺旋槳的中心線重合，通過水平尾翼平均氣動弦；所述主動力螺旋槳電機(jī)與軸支桿連接，設(shè)于主翼后緣。