[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

本發明公開了一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機及其操控方法，屬于兩棲旋翼無人機領域，包括機身，上、下部旋翼，獨立變矩機構和驅動電機等，且整機水下浮力接近機身自重，保證了無人機的水下潛航。其中，上部旋翼主要提供空中升力，槳葉為細長型設計；下部旋翼用來平衡上部旋翼產生的反扭矩及提供水下航行動力，槳葉為短粗型設計，兩部分旋翼采用獨立電機驅動。通過水下機翼與水下螺旋槳的配合控制無人機的姿態和運動。本發明無人機既具有水中航行能力，又具有垂直起降和平飛的能力，既是水上旋翼飛行器，又是水下潛航器。且可以完成兩種模式的自由切換，從而具有靈活的作業能力和強大的隱蔽能力，具有廣泛的應用領域。

技術領域

本發明涉及一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機及其操控方法，屬于兩棲旋翼無人機領域。

背景技術

水空兩棲旋翼無人機是指既可以在空中飛行，又可以在水中航行的無人機，有機結合了飛行器與潛水艇的優勢。在無人機領域研究中，水空兩棲旋翼無人機是一個重要研究方向，更廣闊的空間使得無人機有了更多的可能性，在海洋救援、勘測偵察軍事領域等方面有著很大的發展空間。?？諆蓷頍o人機的技術關鍵在于滿足空中與水下正常工作，同時可以在空中飛行與水下航行兩種模式之間穩定切換。目前已有的兩棲旋翼無人機，大多數都為傳統的四旋翼布局，缺少對新型布局的探究。

發明內容

針對現有水空兩棲旋翼無人機技術的不足，本發明的目的是提供一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機及其操控方法，能夠兼顧空中飛行和水下航行,工作效率高、穩定性好，入水出水飛行模式切換穩定，提高無人機的適用性。

本發明采用的技術方案如下：

一種具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

本申請還提供上述具有槳葉復用功能的兩棲旋翼無人機的操控方法，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，此時所述上部旋翼充當水下機翼提供水下升力；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，保證了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；