[發明專利]一種重心可調的復合推進無人機及其控制方法

有效

• 申請號: 202110243704.1
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112722273B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 劉曉鵬;王飛
• 申請（專利權）人: 安徽鳩茲航空智能產業技術研究院有限公司
• 主分類號: B64U10/16
• 分類號: B64U10/16;B64U20/50;B64U30/21;B64U30/293;B64U50/32;B64U50/33;B64C39/02;B64C27/08;B64D27/02;B64C17/02
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一種重心可調的復合推進無人機及其控制方法，無人機兩個動力機臂與綜合承載機身通過四個橫梁平行鉸接，旋轉關節轉動驅動機臂向前后移動，從而實現無人機的重心調節，無人機采用升力旋翼升力旋翼和推進旋翼復合推進，左右兩個推進旋翼對向旋轉以抵消反扭力矩，差速旋轉提供無人機巡航時的航向控制力矩，采用自適應升力旋翼正迎角飛行，通過重心調節與升力旋翼姿態控制調整無人機迎角，從而調整升力旋翼飛行迎角，無人機在不同空速下自動調整迎角。

技術領域

本發明涉及無人機，尤其是一種重心可調的復合推進無人機及其控制方法。

背景技術

大載重無人機領域目前有固定翼、多旋翼和直升機三種結構類型。大載重固定翼無人機，技術成熟，飛行速度快，載荷能力強。同時，固定翼無人機使用維護復雜、操作難度大、需要固定跑道起降。大載重多旋翼無人機目前都是電動，結構簡單，操作簡便，可以垂直起降和懸停。受限于電池能量密度不足，大載重多旋翼無人機航時較短。傳統多旋翼旋翼中心對稱分布，飛行阻力大，飛行速度較低。大載重無人直升機，技術成熟，載重能力強，航時長。但是，大載重無人直升機結構復雜，操作難度大，使用維護成本較高，無法大規模應用。

發明內容

發明內容

針對現有三種大載重無人機諸多問題，本發明提出了一種重心可調的復合推進無人機結構，具有重心可調、復合推進、多能源供給、結構簡單、使用維護容易、可以垂直起降和長時間高速巡航等優點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：一種重心可調的復合推進無人機，包括電能發生模塊、承載機身、模塊化能源艙、模塊化載荷艙、機臂、航電設備艙、飛行員操作席、升力旋翼、推進旋翼以及起落架，電能發生模塊包括燃氣輪機電能發生模塊和/或氫燃料堆電能發生模塊，模塊化能源艙包括燃料艙和/或高壓氫罐燃料艙，電能發生模塊發出的電能通過航電設備艙的綜合電源管理模塊向導航設備、任務計算機等設備提供能源，同時發出的電能向安裝在機臂中的升力旋翼和推進旋翼提供能源；

兩個機臂中間設置承載機身，三者通過四根平行橫梁連接，兩個機臂和承載機身縱軸線平行；一個機臂、兩個橫梁和承載機身構成平行四邊形，在縱軸線方向上，承載機身相對機臂平移，通過平移調節機臂與承載機身之間的距離，橫梁與機臂、承載機身分別通過旋轉關節鉸接；無人機兩個動力機臂與承載機身通過四個橫梁平行鉸接，旋轉關節轉動驅動機臂向前后移動，從而實現無人機的重心調節。

無人機采用升力旋翼和推進旋翼復合推進，實現無人機垂直起降、懸停和高速巡航；每個機臂縱向安裝三對共軸對轉水平旋轉的升力旋翼提供升力，尾部垂直旋轉的推進旋翼提供無人機巡航水平推力，左右兩個推進旋翼對向旋轉以抵消反扭力矩，差速旋轉提供無人機巡航時的航向控制力矩。

一種重心可調的復合推進無人機的控制方法，采用自適應升力旋翼正迎角飛行，巡航時升力旋翼與氣流為正迎角，迎面來流與升力旋翼下洗氣流耦合；自適應升力旋翼正迎角飛行是指無人機自動根據飛行空速調節升力旋翼正向迎角度數飛行，在巡航過程中采用復合推進，升力旋翼與來流耦合額外產生升力，達到提高飛行效率的目的；不同空速下，升力旋翼最佳飛行迎角是不同的，通過重心調節與升力旋翼姿態控制調整無人機迎角，從而調整升力旋翼飛行迎角，無人機在不同空速下自動調整迎角。

本發明與現有技術的有益效果體現在：

本發明的燃氣輪機電能發生模塊和氫燃料堆電能發生模塊，實現了重心可調的復合推進無人機全電推進和長航時，降低了大載重無人機使用維護簡單難度。

本發明的一體化動力機臂升力旋翼與推進旋翼復合推進，降低截面積和巡航阻力，提高了巡航速度。一體機臂可以自動折疊，無人機著落后，水平旋翼旋轉到與機臂平行位置，機臂向機身方向折疊，減小了無人機停機尺寸；機臂與承載機身平行連接，實現了無人機動態重心調節，實現了不同速度下重心壓力中心最優匹配，提高了重心可調的復合推進無人機的飛行效率，降落后無人機可以折疊，降低了停機占用面積。