帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的飛行器主要有固定翼飛行器和旋翼飛行器兩種，固定翼飛行器一般采用水平起降的方式，依靠固定翼產(chǎn)生的升力進(jìn)行起降和巡航，其優(yōu)點(diǎn)是飛行速度較快，航程和續(xù)航時(shí)間較長，但是固定翼飛行器的起降距離較長，對(duì)跑道的要求較高，使其應(yīng)用具有局限性。
[0003]旋翼飛行器依靠旋翼產(chǎn)生的升力，可以進(jìn)行垂直起降。近年來出現(xiàn)的以四旋翼為代表的多旋翼飛行器，除了可以垂直起降，還可以依靠旋翼升力的不同分配實(shí)現(xiàn)飛行器的姿態(tài)控制，不需要任何的控制舵面，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。但由于巡航時(shí)旋翼的阻力較大，所以旋翼飛行器的飛行效率、飛行速度、航程和續(xù)航時(shí)間都不如固定翼飛行器。并且，現(xiàn)有的多旋翼飛行器絕大多數(shù)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其功率和載荷均較小。因此，旋翼飛行器也有其局限性。
[0004]公告號(hào)為CN202728575U的專利文獻(xiàn)中，公開了一種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，該種飛行器包括一組電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)和一個(gè)總控制器，固定翼動(dòng)力系統(tǒng)與電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，該總控制器包括該固定翼控制系統(tǒng)和用于控制該電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)工作的電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)，該總控制器還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)單獨(dú)工作或者協(xié)同工作；所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與機(jī)身中心軸平行。該種飛行器既可以像直升機(jī)一樣垂直起降和飛行，可以像固定翼飛機(jī)一樣起降和飛行，也可以在起降和飛行過程中使用兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)混合工作的模式實(shí)現(xiàn)。
[0005]由于該專利所涉及的飛行器具有兩套獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)，因此當(dāng)其中一套動(dòng)力系統(tǒng)單獨(dú)工作的時(shí)候，另一套動(dòng)力系統(tǒng)就成為了死重，大大降低了巡航效率和載荷重量。
[0006]其次，由于該專利所涉及的飛行器的機(jī)翼固定在機(jī)身上，因此機(jī)翼弦平面與旋翼旋轉(zhuǎn)平面的夾角不能改變，即機(jī)翼的攻角不能獨(dú)立控制，從而導(dǎo)致飛行器的機(jī)動(dòng)性和操控性大大降低。并且，由于其多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以相比于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，其最大功率和載荷重量均較小，不適用于較大型的飛行器，具有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器，其固定翼能夠進(jìn)行傾轉(zhuǎn)，攻角可以獨(dú)立控制，提高了飛行器的巡航效率和載荷重量，而且飛行器的機(jī)動(dòng)性和操控性得到了有效提高。本發(fā)明還提供了一種上述多旋翼飛行器的控制方法。
[0008]本發(fā)明提供的一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器，包括機(jī)身、通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述機(jī)身兩側(cè)的固定翼、多個(gè)設(shè)置于所述機(jī)身上的旋翼、用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述旋翼旋轉(zhuǎn)以及固定翼傾轉(zhuǎn)的動(dòng)力系統(tǒng)、以及用于控制所述固定翼的傾轉(zhuǎn)角度和控制各個(gè)所述旋翼的轉(zhuǎn)速和槳距的控制系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)軸垂直于所述多旋翼飛行器的對(duì)稱面。
[0010]優(yōu)選地，所述旋翼的數(shù)量為四個(gè)，四個(gè)所述旋翼以所述多旋翼飛行器的對(duì)稱面為對(duì)稱面對(duì)稱分布，且均勻分布于所述飛行器的重心前后。
[0011]優(yōu)選地，所述動(dòng)力系統(tǒng)包括動(dòng)力源和航空舵機(jī)，所述動(dòng)力源為渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)。
[0012]優(yōu)選地，所述固定翼的傾轉(zhuǎn)由所述航空舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0013]本發(fā)明還提供了帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器的控制方法，在飛行器起飛過程中，逐漸增加各個(gè)所述旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距以增加升力，使飛行器垂直起飛，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)固定翼調(diào)整其攻角以使其阻力最?。划?dāng)飛行器上升到預(yù)設(shè)高度以后，轉(zhuǎn)動(dòng)固定翼至水平狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)飛行器由起飛狀態(tài)轉(zhuǎn)為巡航狀態(tài)時(shí)，增加飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身逐漸前傾，利用旋翼產(chǎn)生的向前的拉力向前飛行，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)固定翼調(diào)整其攻角以使其升阻比最大。
[0015]優(yōu)選地，當(dāng)飛行器由巡航狀態(tài)轉(zhuǎn)為降落狀態(tài)時(shí)，減小飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身的姿態(tài)從前傾逐漸變?yōu)楹髢A，利用旋翼產(chǎn)生的向后的拉力降低飛行器的速度；當(dāng)飛行器速度降低到預(yù)設(shè)速度時(shí)，增加飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，使機(jī)身的姿態(tài)從后傾逐漸變?yōu)樗綘顟B(tài)，而后逐漸減小所有旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距來減小升力，使飛行器垂直降落；在此過程中，固定翼保持水平狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，通過增加旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要偏轉(zhuǎn)的方向相反的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，同時(shí)減小旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要偏轉(zhuǎn)的方向相同的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向相應(yīng)方向偏轉(zhuǎn)。
[0017]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，減小飛行器重心之后的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身抬頭；或者，增加飛行器重心之后的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身低頭。
[0018]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，減小機(jī)身右側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加機(jī)身左側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向右滾轉(zhuǎn)；或者，增加機(jī)身右側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小機(jī)身左側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向左滾轉(zhuǎn)。
[0019]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，減小飛行器重心之后的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身抬頭；或者，增加飛行器重心之后的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機(jī)身低頭。
[0020]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，減小機(jī)身右側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加機(jī)身左側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向右偏轉(zhuǎn)；或者，增加機(jī)身右側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小機(jī)身左側(cè)的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向左偏轉(zhuǎn)。
[0021]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，通過增加旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要滾轉(zhuǎn)的方向相反的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，同時(shí)減小旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要滾轉(zhuǎn)的方向相同的各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向相應(yīng)方向滾轉(zhuǎn)。
[0022]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，通過轉(zhuǎn)動(dòng)固定翼，減小機(jī)身左側(cè)的固定翼的攻角，同時(shí)增加機(jī)身右側(cè)的固定翼的攻角，以使飛行器向左滾轉(zhuǎn)；或者，通過轉(zhuǎn)動(dòng)固定翼，增加機(jī)身左側(cè)的固定翼的攻角，同時(shí)減小機(jī)身右側(cè)的固定翼的攻角，以使飛行器向右滾轉(zhuǎn)。
[0023]本發(fā)明提供的飛行器，基于多旋翼飛行器，即設(shè)有多個(gè)旋翼的飛行器，在該種飛行器的機(jī)身兩側(cè)設(shè)有固定翼，固定翼通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置在機(jī)身的兩側(cè)，固定翼傾轉(zhuǎn)時(shí)，其攻角發(fā)生改變。當(dāng)飛行器起飛時(shí)，通過逐漸增加所有旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距來增加升力，使飛行器垂直起飛，同時(shí)通過控制固定翼的傾轉(zhuǎn)角度來調(diào)整固定翼的攻角以使其阻力最小。當(dāng)飛行器巡航時(shí)，通過控制固定翼的傾轉(zhuǎn)角度來調(diào)整固定翼的攻角以使其升阻比最大。隨著飛行速度的增加，固定翼產(chǎn)生的升力也不斷增加。因此，與單純的多旋翼飛行器相比，該飛行器的巡航效率更高，航程和續(xù)航時(shí)間更長。當(dāng)飛行器的阻力與旋翼產(chǎn)生的向前的拉力相等以后，飛行器即可保持一定的速度巡航。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力源可以為渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。需要說明的是，各個(gè)旋翼可以共用一臺(tái)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)然，也可各采用一臺(tái)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的功率，可有效提高飛行器的載荷重量，且續(xù)航里程較長。
[0025]本發(fā)明還提供了一種控制方法，通過控制旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以及固定翼