[發(fā)明專利]一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110243704.1
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN112722273B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉鵬;王飛
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽鳩茲航空智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B64U10/16
• 分類號(hào): B64U10/16;B64U20/50;B64U30/21;B64U30/293;B64U50/32;B64U50/33;B64C39/02;B64C27/08;B64D27/02;B64C17/02
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1.一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，包括電能發(fā)生模塊、承載機(jī)身、模塊化能源艙、模塊化載荷艙、機(jī)臂、航電設(shè)備艙、飛行員操作席、升力旋翼、推進(jìn)旋翼以及起落架，電能發(fā)生模塊包括燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生模塊和/或氫燃料堆電能發(fā)生模塊，模塊化能源艙包括燃料艙和/或高壓氫罐燃料艙，電能發(fā)生模塊發(fā)出的電能通過航電設(shè)備艙的綜合電源管理模塊向?qū)Ш皆O(shè)備、任務(wù)計(jì)算機(jī)等設(shè)備提供能源，同時(shí)發(fā)出的電能向安裝在機(jī)臂中的升力旋翼和推進(jìn)旋翼提供能源；

兩個(gè)機(jī)臂中間設(shè)置承載機(jī)身，三者通過四根平行橫梁連接，兩個(gè)機(jī)臂和承載機(jī)身縱軸線平行；一個(gè)機(jī)臂、兩個(gè)橫梁和承載機(jī)身構(gòu)成平行四邊形，在縱軸線方向上，承載機(jī)身相對機(jī)臂平移，通過平移調(diào)節(jié)機(jī)臂與承載機(jī)身之間的距離，橫梁與機(jī)臂、承載機(jī)身分別通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鉸接；無人機(jī)兩個(gè)動(dòng)力機(jī)臂與承載機(jī)身通過四個(gè)橫梁平行鉸接，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)臂向前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的重心調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同任務(wù)狀態(tài)下無人機(jī)重心；

無人機(jī)采用升力旋翼和推進(jìn)旋翼復(fù)合推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)垂直起降、懸停和高速巡航；每個(gè)機(jī)臂縱向安裝三對共軸對轉(zhuǎn)水平旋轉(zhuǎn)的升力旋翼提供升力，尾部垂直旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)旋翼提供無人機(jī)巡航水平推力，左右兩個(gè)推進(jìn)旋翼對向旋轉(zhuǎn)以抵消反扭力矩，差速旋轉(zhuǎn)提供無人機(jī)巡航時(shí)的航向控制力矩。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，其特征在于：?燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生模塊使用燃料艙中的化石燃料煤油或者柴油發(fā)電，氫燃料堆電能發(fā)生模塊使用高壓氫罐燃料艙中的氫氣發(fā)電；搭載燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生模塊時(shí)，能源艙為化石燃料煤油或者柴油，燃?xì)廨啓C(jī)工作帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；搭載氫燃料堆電能發(fā)生模塊時(shí)，能源艙為高壓儲(chǔ)氫罐。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，其特征在于：?燃?xì)廨啓C(jī)電動(dòng)發(fā)生模塊包括燃?xì)廨啓C(jī)、高速永磁無刷發(fā)電機(jī)、三相整流橋和燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生控制器；燃?xì)廨啓C(jī)工作后帶動(dòng)高速永磁無刷發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)出的三相交流電通過三相整流橋整流后輸出穩(wěn)定的直流電；燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生控制器檢測燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速與輸出直流電壓，根據(jù)電壓反饋調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速，保持燃?xì)廨啓C(jī)電能發(fā)生模塊輸出穩(wěn)定的直流電能。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，其特征在于：氫燃料堆電能發(fā)生模塊是質(zhì)子交換膜氫燃料電池，包括流量控制閥、氫燃料電堆、穩(wěn)壓器、空壓機(jī)和氫燃料堆電能發(fā)生控制模塊，高壓氫氣經(jīng)過流量控制閥后進(jìn)入氫燃料電堆，空氣經(jīng)過加壓過濾裝置、空壓機(jī)后進(jìn)入氫燃料電堆，在催化劑的作用下氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能，生產(chǎn)的純凈水以水蒸氣形態(tài)排除氫燃料電堆，氫燃料堆電能發(fā)生控制模塊檢測電能輸出的反饋，通過調(diào)節(jié)流量控制閥和空壓機(jī)精確控制氫燃料電堆反應(yīng)速率，實(shí)現(xiàn)對氫燃料堆電能發(fā)生模塊精確控制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，其特征在于：任務(wù)狀態(tài)包括停機(jī)狀態(tài)、懸停狀態(tài)、低速巡航狀態(tài)、高速巡航狀態(tài)；停機(jī)狀態(tài)，機(jī)臂靠攏機(jī)身折疊，升力旋翼旋轉(zhuǎn)到與機(jī)臂平行，機(jī)臂向內(nèi)收起緊貼承載機(jī)身；懸停狀態(tài)，無人機(jī)保持水平，最佳重心位于幾何中心；低速巡航狀態(tài)，無人機(jī)負(fù)迎角飛行，最佳重心位于幾何重心前；高速巡航狀態(tài)，無人機(jī)保持正迎角飛行，最佳重心位于幾何重心。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重心可調(diào)的復(fù)合推進(jìn)無人機(jī)，其特征在于：承載機(jī)身頂部為航電設(shè)備艙和電能發(fā)生模塊，承載機(jī)身中部靠前為飛行員操作席，后面是模塊化能源艙，下部為模塊化載荷艙，承載機(jī)身底部、模塊載荷艙下部安裝不可收放滑翹式的起落架；承載機(jī)身集成了無人機(jī)能源、控制、載荷設(shè)備，為無人機(jī)提供飛行控制、電能和任務(wù)載荷；

無人機(jī)搭載飛行員操作席，飛行員操作席集成了無人機(jī)控制器航參顯示屏，搭載飛行員實(shí)現(xiàn)有人操作無人機(jī)飛行，具備載人、運(yùn)貨和客貨混載多種飛行狀態(tài)。