[發明專利]一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機及其操控方法

在審

• 申請號: 202211052481.1
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115303483A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 徐仁;鞠世琦;詹祺;王瀟;李博;郎凱
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C35/00
• 分類號: B64C35/00;B63G8/00;B63G8/08;B63G8/16;B64C27/22;B64C11/32;B64C27/52
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：包括機身，上部旋翼和下部旋翼，獨立變矩機構和驅動電機；其中，所述機身包括無人機機體，獨立變矩機構，驅動電機；所述上部旋翼及下部旋翼包括槳葉和連接桿，連接桿與變矩拉桿連接。

2.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：所述上部旋翼包括上槳葉、第一連接桿、上旋轉軸；所述上槳葉對稱安裝在機身上部，為無人機提供空中升力，為細長型設計。

3.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：所述下部旋翼包括下槳葉、第二連接桿、下旋轉軸；所述下槳葉對稱安裝在機身下部，在空中提供平衡所述上部旋翼產生的反扭矩的力，不提供升力；在水下主要提供水下推進力，為短粗型設計。

4.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：所述獨立變矩機構安裝在所述上部旋翼處，包括變矩拉桿、作動器、距離傳感器、舵機；所述變矩拉桿一端與上槳葉相連，另一端與第一連接桿相連；所述第一連接桿連接在作動器上，當所述作動器上下運動時，帶動所述變矩拉桿運動，從而帶動所述上槳葉翻轉；所述距離傳感器安裝在所述作動器下方，通過測量所述作動器運動的距離得到所述上槳葉的翻轉角度。

5.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：所述旋轉軸固定安裝在所述機身內，并在所述驅動電機的帶動下旋轉。

6.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，其特征在于：上、下部旋翼采用獨立驅動電機控制，所述驅動電機分別對應安裝在所述上、下部旋翼處；在空中飛行時，所述上部驅動電機帶動上槳葉旋轉，提供空中升力；所述下部驅動電機帶動下槳葉旋轉，且所述下部旋翼轉速大于所述上部旋翼，提供平衡所述上部旋翼產生的反扭矩的力。

7.根據權利要求1所述的一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機的操控方法，其特征在于：所述操控方法包括：所述無人機的入水、出水模式切換：

入水時，所述兩棲旋翼無人機飛至水面上方，在空中所述驅動電機停轉的同時，通過所述獨立變矩機構調整所述上部旋翼攻角為90°，上、下部旋翼同機身一同在自身重力的作用下垂直進入水中，此時所述上部旋翼提供水下升力；入水后，由于所述兩棲旋翼無人機的整機水下浮力接近機身自重，保證所述兩棲旋翼無人機不會立刻沉入水中；待機身自然水平的同時啟動所述下部驅動電機，帶動下槳葉低速旋轉充當水下螺旋槳，提供水下航行動力；

出水時，通過所述獨立變矩機構調整所述上槳葉，即所述水下機翼向上偏轉，同時保證所述水下螺旋槳產生的前向推進力大于等于所述水下機翼產生的水下升力的水平分力，此時其垂直分力將產生抬頭力矩，并且在水下螺旋槳的推進下，不斷調整所述兩棲旋翼無人機的姿態直至為垂直，此時所述下部驅動電機帶動下槳葉加速旋轉，提供向上的推進力，將所述上部旋翼推出水面。

8.根據權利要求7所述的操控方法，其特征在于：出水時，在所述上部旋翼被推出水面后，通過所述獨立變矩機構調整所述上部旋翼翻轉為空中飛行狀態，并在所述上部驅動電機的帶動下高速旋轉，將所述兩棲旋翼無人機水下部分及所述下部旋翼拉出水面，轉換為水上旋翼飛行器模式。

9.根據權利要求7所述的操控方法，其特征在于：所述操控方法還包括：

在空中飛行時，通過所述獨立變矩機構控制所述上槳葉前后翻轉，從而改變其槳盤平面的傾斜狀態；當槳盤平面前傾時，所述兩棲旋翼無人機前飛；當槳盤平面后傾時，所述兩棲旋翼無人機向后方飛行；當槳盤平面左傾時，所述兩棲旋翼無人機向左飛行；當槳盤平面右傾時，所述兩棲旋翼無人機向右飛行，從而實現所述兩棲旋翼無人機的空中姿態控制。

10.根據權利要求7所述的操控方法，其特征在于：所述操控方法還包括：在水中航行時，所述上部旋翼充當水下機翼提供水下升力，通過所述獨立變矩機構調整其攻角控制所述兩棲旋翼無人機的姿態和運動；當所述水下機翼向下偏轉時，產生低頭力矩，此時所述兩棲旋翼無人機下潛；當所述水下機翼向上偏轉時，產生抬頭力矩，所述兩棲旋翼無人機上??；

當所述水下機翼一側槳葉不偏轉，一側槳葉小幅度偏轉時，產生向一側的力，使得所述兩棲無人機向左或向右偏轉，從而控制所述兩棲旋翼無人機在水下的姿態及運動。