本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)，屬于航天航空
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱無(wú)人機(jī)，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為：無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人垂直起降機(jī)、無(wú)人飛艇、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人傘翼機(jī)等。無(wú)人機(jī)按應(yīng)用領(lǐng)域，可分為軍用與民用。軍用方面，無(wú)人機(jī)分為偵察機(jī)和靶機(jī)。民用方面，是無(wú)人機(jī)真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)、植保、自拍、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援、觀察野生動(dòng)物、監(jiān)控傳染病、測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢、救災(zāi)、影視拍攝、制造浪漫等等領(lǐng)域的應(yīng)用，大大的拓展了無(wú)人機(jī)本身的用途，發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用與發(fā)展無(wú)人機(jī)技術(shù)。隨著無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，其使用過(guò)程中的缺點(diǎn)也日漸突顯，比如傳統(tǒng)涵道無(wú)人機(jī)質(zhì)量重，結(jié)構(gòu)固定，成本高，幾乎無(wú)法調(diào)整涵道整體結(jié)構(gòu)，加工之后結(jié)構(gòu)固定，很難設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)合理的涵道。同時(shí)油動(dòng)的涵道模型的驅(qū)動(dòng)方式落后，比如裝有涵道渦輪噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的模型就是其中一種，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是高檔模型用的，一般價(jià)格比較昂貴，油動(dòng)涵道由于故障率高現(xiàn)在除了少數(shù)需要遠(yuǎn)程飛行的場(chǎng)合很少使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了有效解決傳統(tǒng)涵道式無(wú)人機(jī)使用纏繞機(jī)纏繞式涵道，這種類型的涵道式無(wú)人機(jī)的質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)固定、成本高且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，進(jìn)而提供了一種電動(dòng)式涵道旋翼無(wú)人機(jī)。本發(fā)明提供了一種電動(dòng)式涵道旋翼無(wú)人機(jī)，它包括上支撐架、電機(jī)、螺旋槳、導(dǎo)流片用支架、舵機(jī)用支架、涵道、多個(gè)導(dǎo)流片和多個(gè)舵片；所述涵道包括多個(gè)第一塑料圓環(huán)、多個(gè)第二塑料圓環(huán)和多個(gè)軸向支架，所述多個(gè)第一塑料圓環(huán)和多個(gè)第二塑料圓環(huán)同軸設(shè)置且交替連接形成涵道本體，所述多個(gè)軸向支架均豎直設(shè)置在涵道本體上，上支撐架設(shè)置在涵道本體的正上方，每個(gè)軸向支架的頂部與上支撐架相連接，電機(jī)位于涵道本體內(nèi)且其頂部設(shè)置在上支撐架上，電機(jī)的輸出軸與涵道本體的中心軸線相重合，螺旋槳、導(dǎo)流片用支架和舵機(jī)用支架從上至下依次套裝在電機(jī)的輸出軸上，多個(gè)導(dǎo)流片均勻設(shè)置在導(dǎo)流片用支架上，每個(gè)導(dǎo)流片的兩端分別與導(dǎo)流片用支架和涵道本體的內(nèi)壁可拆卸連接，多個(gè)舵片均勻設(shè)置在舵機(jī)用支架上，每個(gè)舵片的兩端分別與舵機(jī)用支架和涵道本體的內(nèi)壁可拆卸連接。第一塑料圓環(huán)為聚丙烯材料制成的圓環(huán)，第二塑料圓環(huán)為發(fā)泡聚丙烯材料制成的圓環(huán)。多個(gè)軸向支架均勻設(shè)置在涵道本體上，每個(gè)軸向支架包括上連接頭、下連接頭和兩個(gè)碳纖維板，兩個(gè)碳纖維板中的一個(gè)碳纖維板設(shè)置在涵道本體的外壁上，兩個(gè)碳纖維板中的另一個(gè)碳纖維板設(shè)置在涵道本體的內(nèi)壁上，兩個(gè)碳纖維板在第一塑料圓環(huán)處可拆卸連接，下連接頭位于兩個(gè)碳纖維板的頂部，下連接頭的兩端分別與兩個(gè)碳纖維板可拆卸連接，上連接頭可拆卸連接在下連接頭的頂部，上連接頭上加工有與上支撐架相配合的通孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明通過(guò)上支撐架、電機(jī)、螺旋槳、導(dǎo)流片用支架、舵機(jī)用支架、涵道、多個(gè)導(dǎo)流片和多個(gè)舵片之間的相互配合以及碳纖維材料和塑料相結(jié)合的方式確保本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且質(zhì)量輕便，整體穩(wěn)定性好。與傳統(tǒng)涵道式無(wú)人機(jī)相比，制造成本至少降低30％。2、本發(fā)明改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)方式，采用電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，相比于油動(dòng)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)突出，具有質(zhì)量輕，體積小，推重比高，飛行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速高，易于調(diào)試，噪聲低，便于攜帶，不易出現(xiàn)故障導(dǎo)致空中停車的優(yōu)點(diǎn)。3、本發(fā)明通過(guò)經(jīng)樣品試飛后顯示試飛效果良好。附圖說(shuō)明附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)半剖圖；圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為涵道7的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為涵道7的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為電機(jī)2的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為電機(jī)2和螺旋槳4之間連接關(guān)系的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的控制系統(tǒng)的流程框圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)到實(shí)現(xiàn)效果的技術(shù)過(guò)程能夠充分理解并據(jù)以實(shí)施，需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例以及各個(gè)實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括上支撐架1、電機(jī)2、螺旋槳4、導(dǎo)流片用支架5、舵機(jī)用支架6、涵道7、多個(gè)導(dǎo)流片8和多個(gè)舵片9；所述涵道7包括多個(gè)第一塑料圓環(huán)7-1、多個(gè)第二塑料圓環(huán)7-2和多個(gè)軸向支架7-3，所述多個(gè)第一塑料圓環(huán)7-1和多個(gè)第二塑料圓環(huán)7-2同軸設(shè)置且交替連接形成涵道本體，所述多個(gè)軸向支架7-3均豎直設(shè)置在涵道本體上，上支撐架1設(shè)置在涵道本體的正上方，每個(gè)軸向支架7-3的頂部與上支撐架1相連接，電機(jī)2位于涵道本體內(nèi)且其頂部設(shè)置在上支撐架1上，電機(jī)2的輸出軸與涵道本體的中心軸線相重合，螺旋槳4、導(dǎo)流片用支架5和舵機(jī)用支架6從上至下依次套裝在電機(jī)2的輸出軸上，多個(gè)導(dǎo)流片8均勻設(shè)置在導(dǎo)流片用支架5上，每個(gè)導(dǎo)流片8的兩端分別與導(dǎo)流片用支架5和涵道本體的內(nèi)壁可拆卸連接，多個(gè)舵片9均勻設(shè)置在舵機(jī)用支架6上，每個(gè)舵片9的兩端分別與舵機(jī)用支架6和涵道本體的內(nèi)壁可拆卸連接。本實(shí)施方式中上支撐架1包括管夾14、電機(jī)用支座15和四根連接管16，所述管夾14設(shè)置在電機(jī)用支座15的正上方，用于定位四根連接管16，電機(jī)用支座15的底面用于定位電機(jī)2，每根連接管16的一端設(shè)置在管夾14處，每根連接管16的另一端可拆卸連接在軸向支架7-3上。本實(shí)施方式中多個(gè)第一塑料圓環(huán)7-1和多個(gè)第二塑料圓環(huán)7-2依次上下交替設(shè)置。本發(fā)明中采用電機(jī)2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，本領(lǐng)域中的涵道模型目前大部分是電動(dòng)的，一個(gè)是因?yàn)殡妱?dòng)航模制作方便，另外一個(gè)就是因?yàn)橛蛣?dòng)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)速低，達(dá)不到涵道的高速要求。電動(dòng)相比于油動(dòng)有多種優(yōu)點(diǎn)，比如可以直接用接收機(jī)直接控制動(dòng)力輸出，無(wú)需油門(mén)舵機(jī)，發(fā)熱小模型外殼可以接受，能量轉(zhuǎn)換效率比油動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明跟現(xiàn)有油動(dòng)涵道無(wú)人機(jī)的性能相比，具有的優(yōu)勢(shì)為與油動(dòng)涵道相比噪聲更小，具有更好的隱蔽性，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的具有更高的生存能力；同樣由于本發(fā)明比油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱小，涵道對(duì)電機(jī)熱輻射的阻擋也可以降低整機(jī)的熱輻射特性；本發(fā)明具有極高載重比，油動(dòng)涵道無(wú)人機(jī)的電機(jī)就比較重，同樣的載重消耗更多的燃料，對(duì)于無(wú)人機(jī)整體結(jié)構(gòu)的要求也比較多；本發(fā)明無(wú)需特殊維護(hù)：油動(dòng)涵道的電機(jī)需要特殊維護(hù)，而且出現(xiàn)故障的機(jī)率比較大。而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效省去特殊維護(hù)的工作。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中第一塑料圓環(huán)7-1為聚丙烯材料制成的圓環(huán)，第二塑料圓環(huán)7-2為發(fā)泡聚丙烯材料制成的圓環(huán)。具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一或二的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中多個(gè)軸向支架7-3均勻設(shè)置在涵道本體上，每個(gè)軸向支架7-3包括上連接頭7-3-1、下連接頭7-3-2和兩個(gè)碳纖維板7-3-3，兩個(gè)碳纖維板7-3-3中的一個(gè)碳纖維板7-3-3設(shè)置在涵道本體的外壁上，兩個(gè)碳纖維板7-3-3中的另一個(gè)碳纖維板7-3-3設(shè)置在涵道本體的內(nèi)壁上，兩個(gè)碳纖維板7-3-3在第一塑料圓環(huán)7-1處可拆卸連接，下連接頭7-3-2位于兩個(gè)碳纖維板7-3-3的頂部，下連接頭7-3-2的兩端分別與兩個(gè)碳纖維板7-3-3可拆卸連接，上連接頭7-3-1可拆卸連接在下連接頭7-3-2的頂部，上連接頭7-3-1上加工有與上支撐架1相配合的通孔。本實(shí)施方式中上連接頭7-3-1上加工的通孔是用于與上支撐架1中的連接管16相配合。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式三的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中導(dǎo)流片用支架5上均勻加工有多個(gè)與導(dǎo)流片8一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的長(zhǎng)孔，每個(gè)導(dǎo)流片8對(duì)應(yīng)有一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)支座10和一個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)支座11，每個(gè)導(dǎo)流片8與涵道本體的中心軸線之間的夾角為α，夾角α的取值范圍為0°至15°，每個(gè)導(dǎo)流片8的一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)支座10與其對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合，每個(gè)導(dǎo)流片8的另一端通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)支座11與涵道本體的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)配合。本實(shí)施方式中導(dǎo)流片用支架5、第一轉(zhuǎn)動(dòng)支座10、第二轉(zhuǎn)動(dòng)支座11和多個(gè)導(dǎo)流片8之間相互配合起到加固涵道本體內(nèi)部強(qiáng)度的效果，并形成一定的偏轉(zhuǎn)角提供反扭矩作用，以提高舵片9的控制裕量。導(dǎo)流片用支架5采用鏤空式設(shè)計(jì)以減輕重量，第一轉(zhuǎn)動(dòng)支座10和第二轉(zhuǎn)動(dòng)支座11均為鋁合金連接部件，第一轉(zhuǎn)動(dòng)支座10與導(dǎo)流片用支架5相連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)支座11與涵道機(jī)身相連，導(dǎo)流片8為厚度為0.5mm的碳纖維導(dǎo)流片，可通過(guò)激光切割碳纖維板材的方式加工為特定形狀。此方案既加固了涵道內(nèi)部的強(qiáng)度，又可調(diào)整導(dǎo)流片8的角度提供合適的偏轉(zhuǎn)角。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式四的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中每個(gè)舵片9對(duì)應(yīng)有一個(gè)第一連接支座12和一個(gè)第二連接支座13，每個(gè)舵片9的一端通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第一連接支座12與其舵機(jī)用支架6相連接，每個(gè)舵片9的另一端通過(guò)其對(duì)應(yīng)的第二連接支座13與涵道本體的內(nèi)壁相連接。具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一、二、四或五的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中所述涵道7還包括外皮，所述外皮為碳纖維布，所述碳纖維布纏繞在涵道本體的外壁上。涵道本體的外壁上利用碳纖維布進(jìn)行纏繞包裹，在碳纖維布外再刷一層膠是使涵道本體和碳纖維布形成整體，增強(qiáng)為涵道板體的強(qiáng)度。此種方案是通過(guò)較少結(jié)構(gòu)材料完成機(jī)身設(shè)計(jì)，降低了涵道7的重量，減少了模具開(kāi)發(fā)所需的高額經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，且便于進(jìn)行本發(fā)明結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化。本發(fā)明通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和樣品試驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定飛行的效果，本發(fā)明中的螺旋槳4靠近涵道7設(shè)置，如此設(shè)置的效果為通過(guò)螺旋槳4靠近涵道7設(shè)置，能夠?yàn)楸景l(fā)明提供足夠且有效地升力。本發(fā)明能夠適用于多種復(fù)雜環(huán)境，其中包括復(fù)雜的城市和山區(qū)起降環(huán)境，在各種環(huán)境中均能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降和懸停，具有快速飛行及精確定位的能力。由于依靠涵道7的多個(gè)導(dǎo)流片8形成的風(fēng)扇能夠?yàn)楹?提供氣動(dòng)力，有效節(jié)省整體結(jié)構(gòu)所占空間，使本發(fā)明飛行過(guò)程穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)機(jī)動(dòng)性能良好，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和較廣的應(yīng)用范圍。結(jié)合圖1至圖7說(shuō)明本發(fā)明的控制方法如下：本發(fā)明的姿態(tài)控制主要靠操縱舵面偏轉(zhuǎn)形成的氣動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明中當(dāng)多個(gè)舵片9的個(gè)數(shù)為四個(gè)時(shí)，每個(gè)舵片9的外端面為舵面，四個(gè)舵片9分別形成四個(gè)舵面，依次為1號(hào)舵面、2號(hào)舵面、3號(hào)舵面和4號(hào)舵面，看看藍(lán)色這段話我寫(xiě)的有沒(méi)有錯(cuò)誤當(dāng)舵機(jī)控制1號(hào)舵面和3號(hào)舵面發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)人機(jī)進(jìn)行滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)2號(hào)舵面和4號(hào)舵面發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)人機(jī)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，無(wú)人機(jī)的偏航運(yùn)動(dòng)由4組舵面協(xié)同控制。由此可知，本發(fā)明的姿態(tài)控制問(wèn)題可歸結(jié)為非線性系統(tǒng)的伺服控制問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)了雙回路姿態(tài)穩(wěn)定控制器，其中傳感器輸出參數(shù)主要為無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度信息；外回路將姿態(tài)偏差角轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系并進(jìn)行姿態(tài)控制輸出指令角速度；內(nèi)回路主要進(jìn)行角速度閉環(huán)控制以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性能；力矩分配環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行解耦。本發(fā)明的控制方法具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：本控制方法的特征在于，所述不能隨便用，放在這里有錯(cuò)誤，需要?jiǎng)h除預(yù)定姿態(tài)角通過(guò)以下方式獲得：首先進(jìn)行外回路設(shè)計(jì)，以θ*，ψ*表示指令姿態(tài)角，表示估計(jì)姿態(tài)角，則姿態(tài)角偏差向量可表示為：姿態(tài)角偏差向量由地理坐標(biāo)系到機(jī)體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：外回路為角度回路，采用比例控制，其控制方程可描述如下：式中kpout_p、kpout_q、kpout_r——分別為比例控制參數(shù)；p*、q*、r*——分別為指令姿態(tài)角速度。本發(fā)明的控制方法中的預(yù)定姿態(tài)角速度通過(guò)以下方式獲得：將指令姿態(tài)角速度和估計(jì)姿態(tài)角速度作為內(nèi)回路的輸入，對(duì)內(nèi)回路控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，各通道的角速度偏差可表示為：erepey=p*-p^q*-q^r*-r^---(4)]]>內(nèi)回路為增穩(wěn)回路，在其控制器中加入微分環(huán)節(jié)以改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，加入積分環(huán)節(jié)以消除角速度靜態(tài)誤差，則內(nèi)回路的控制方程可由式5表示。ur=kpin_r*er+kdin_r*der+kiin_r*∫erdtup=kpin_p*ep+kdin_p*dep+kiin_p*∫epdtuy=kpin_y*eyl+kdin_y*dey+kiin_y*∫eydt---(5)]]>式中ur、up、uy——分別為滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航通道的控制輸出；kp、ki、kd——分別為各通道PID控制參數(shù)。本發(fā)明的控制方法是根據(jù)力矩分配方案通過(guò)舵機(jī)偏置產(chǎn)生的力與力矩，獲得姿態(tài)控制輸出：力矩分配環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)將姿態(tài)通道的控制輸出轉(zhuǎn)換為4組控制舵面的指令偏置角，本文采用線性分配方案作為力矩分配策略，將滾轉(zhuǎn)、俯仰控制輸出分別分配到1、3號(hào)和2、4號(hào)控制舵片中，將偏航控制輸出均分到4組舵控制片上，其分配公式如式6所示，仿真實(shí)驗(yàn)表明此種分配方案可以達(dá)到期望控制效果。δr1δr2δr3δr4=101011-1010-11urupuy---(6)]]>本發(fā)明的控制方法采用雙回路姿態(tài)穩(wěn)定控制的方法，與傳統(tǒng)飛行器姿態(tài)穩(wěn)定控制算法不同，本控制算法由外到內(nèi)的設(shè)計(jì)原則，原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且在工程實(shí)踐中取得了很好的應(yīng)用效果，外回路比例回路，內(nèi)回路增穩(wěn)回路，線性力矩分配的方式很好的達(dá)到了期望的控制效果。本控制方法適合電動(dòng)涵道無(wú)人機(jī)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，具有很好的姿態(tài)階躍控制跟蹤效果，較強(qiáng)的抗干擾能力，具有一定的魯棒性。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3