[發明專利]一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器及其控制方法

有效

• 申請號: 202110178013.8
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112744353B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 謝安桓;陳令凱;趙鵬宇;嚴旭飛;婁斌;張丹;朱世強
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: B64C27/28
• 分類號: B64C27/28;B64C27/52
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器及其控制方法，解決了動力部分失效和電機驅動輸出力矩小的問題，其技術方案要點是，包括設于機翼上的至少6組氣驅傾轉旋翼組件、氣源、控制中心、方向閥、氣管，所述的氣源通過氣管與各氣缸對接，控制中心與方向閥電連接，控制中心通過控制方向閥實現各氣缸的分別動作，進而分別控制各傾轉旋翼組件的運動，達到了提高飛行器動力冗余度和保證傾轉機構輸出力矩的目的。

技術領域

本發明屬于飛行器領域，尤其涉及一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器及其控制方法。

背景技術

垂直起降飛行器一般指旋翼類飛行器(如直升機、多旋翼飛行器等)，這類飛行器具有較為高效的垂直起降性能、懸停、低空低速飛行以及獨特的后飛和側飛能力，使得其可以在艦艇、海島、山區以及高樓林立的城市等復雜地域垂直起降，但由于前飛時旋翼槳葉左右氣流不對稱，其最大飛行速度受到很大的限制；同時，受限于旋翼類飛行器的氣驅效率問題，其航程和航時均十分有效，無法執行大范圍、廣目標的飛行任務。然而，傳統固定翼飛行器卻在高速飛行以及長航時飛行上極具優勢。傾轉旋翼飛行器通過融合旋翼飛行器和固定翼飛行器發展出獨特構型，可兼具傳統旋翼飛行器和固定翼飛行器的優勢，擁有垂直起降、懸停等功能以及高巡航速度、長航程等性能，是未來飛行器的必然發展方向之一，成為了當前航空行業的研究熱點。但是，由于傾轉控制的難度大，傾轉旋翼飛行器在傾轉過渡段容易發生事故，動力部分失效也是其中一個事故原因。

分布式傾轉多旋翼飛行器具有較高的動力冗余度，同時還可以實現分步傾轉，在傾轉控制方式上可靠性更高、實現性更強，極大降低傾轉過渡段的事故率。分步式動力技術與傾轉旋翼技術的融合能夠進一步改善飛行器的飛行控制性能，提高其靈活性、機動性、安全性等。目前常規固定翼飛行的飛行控制依靠舵面和伺服機構，需要設計舵面同時布置伺服機構到飛行器上，由于氣動非線性問題的存在，導致以舵面為控制裝置的飛行控制，常出現舵效低、控制失效等問題；另外，常見的電機驅動的傾轉機構還存在相應速度慢、輸出力矩小的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器及其控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器，包括控制中心、方向閥和至少六組氣驅傾轉旋翼組件；所述氣驅傾轉旋翼組件包括氣缸、旋翼電機座、旋翼電機、旋翼和支撐件；所述氣缸包括活塞筒和活塞桿。其中，氣驅傾轉旋翼組件相對于機身軸對稱分布在機翼上；旋翼連接旋翼電機輸出軸，旋翼電機安裝于旋翼電機座；活塞桿和支撐件分別與旋翼電機座轉動連接，支撐件與活塞筒轉動連接；控制中心與方向閥電連接，控制中心通過控制方向閥實現各氣缸的分別動作，進而分別控制各傾轉旋翼組件的運動。

進一步地，氣缸驅動旋翼電機座繞旋翼電機座和支撐件的連接軸轉動，實現旋翼電機的軸線在水平和豎直之間切換。

進一步地，所述支撐件上還設有支撐臂和鉸接座；旋翼電機座通過支撐臂和支撐件轉動連接，支撐件通過鉸接座與活塞筒轉動連接。

進一步地，還包括氣源和氣管；氣源通過氣管、方向閥與各氣缸對接。

進一步地，所述機翼包括主機翼與副機翼，分設于機身前部與后部，形成串列翼。

一種分布式氣驅傾轉多旋翼飛行器的控制方法，通過控制中心實現三種飛行模式：

所述控制中心通過控制各氣缸動作實現各旋翼電機的軸線垂直于水平面，進而將飛行器轉換為多旋翼模式。

所述控制中心通過控制各氣缸動作實現各旋翼電機的軸線平行于水平面，進而將飛行器轉換為固定翼模式。

所述控制中心通過控制各氣缸動作實現部分旋翼電機的軸線平行于水平面，部分旋翼電機的軸線垂直于水平面，進而將飛行器轉換為復合翼模式。

進一步地，在飛行模式轉換過程中，所述控制中心通過依次控制對稱的每組氣缸動作實現各旋翼電機的成對依次傾轉。