一种倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统。所述倾转式垂直起降固定翼的无人机包括机身、机翼和尾翼，所述机身和所述机翼为固定翼飞机布局，无人机还包括两个支撑臂及四个旋翼结构，两个所述支撑臂沿平行于所述机身延伸方向安装于所述机身或所述机翼，使得每一所述支撑臂形成有分布于所述机翼前后两侧的前端和后端；每一所述支撑臂的前端和后端分别安装一个所述旋翼结构，四个所述旋翼结构的几何中心与整个无人机的重心重合，且均能够调整自身的倾转角度，从而构成无人机的倾转动力装置。本发明专利技术还提供一种基于所述倾转式垂直起降固定翼的无人机的飞行控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统。
技术介绍
随着近年来无人机技术发展，无人机在很多领域取得了可观的应用成果。但是，由于应用需求的增长和应用范围的扩张，多旋翼结构无人机逐渐暴露出续航时间短的缺陷。在迫切的应用需求下，人们开始研究续航时间更长、飞行距离更远的无人飞行器—固定翼无人机。固定翼无人机飞行时间和飞行距离相较于一般的多旋翼结构无人机有很大的提高，但是其起飞、降落过程受限于跑道，在机动性和对环境的适应性也远比多旋翼结构无人机要低。目前，该种构型的无人机控制系统主要针对一些重量较小的(20kg以下)飞机，主要原因在于由多旋翼结构模式向固定翼模式进行模态转换过程中，随着飞机总重增加会出现存在姿态失稳、高度损失和加速时间过长的问题，从而导致模态转换失败。同时，为了保证多旋翼结构和固定翼进行模式转换时前端两个动力电机倾转的同步性，目前使用的方法是：前后两端的旋翼结构电机安装轴与机身纵轴垂直，前方两个电机一起倾转，这种方式在飞机向前加速过程中增加了气动阻力。目前，旋翼结构电机倾转的驱动装置都是采用舵机驱动，由于舵机只在供电的情况下才能完成位置的锁定，所以在飞行过程中不论是旋翼结构模式还是固定翼模式，舵机一直是通电工作的，这种方式会降低续航时间。
技术实现思路
为了解决上述无人机存在的技术问题，本专利技术提供一种倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统。本专利技术提供的倾转式垂直起降固定翼的无人机，包括机身、机翼和尾翼，所述机身和所述机翼为固定翼飞机布局，无人机还包括两个支撑臂及四个旋翼结构，两个所述支撑臂沿平行于所述机身延伸方向安装于所述机身或所述机翼，使得每一所述支撑臂形成有分布于所述机翼前后两侧的前端和后端；每一所述支撑臂的前端和后端分别安装一个所述旋翼结构，四个所述旋翼结构的几何中心与整个无人机的重心重合，且均能够调整自身的倾转角度，从而构成无人机的倾转动力装置。优选地，四个所述旋翼结构构成H型旋翼布局结构，位于对角连线的其中两个所述旋翼结构内的旋翼同步顺时针旋转，其他两个所述旋翼结构内的旋翼同步逆时针旋转。优选地，所述旋翼结构包括倾转机构、旋翼电机和多个螺旋桨，所述多个螺旋桨安装于所述旋翼电机，且构成所述旋翼结构的旋翼；所述倾转机构包括安装座及与所述安装座铰接的倾转轴，所述安装座固定于所述支撑臂，所述倾转轴固定于所述旋翼电机；所述倾转轴绕所述安装座旋转，从而带动所述旋翼电机转动，进而实现所述旋翼结构的旋翼的倾转。一种根据上述任一所述的倾转式垂直起降固定翼的无人机的飞行控制系统，包括：飞行控制单元、数据传输单元和倾转控制单元，所述飞行控制单元用于控制飞机的飞行姿态，所述倾转控制单元用于调节所述旋翼结构的倾转角度，所述数据传输单元用于通信连接所述飞行控制单元和所述倾转控制单元。优选地，所述数据传输单元为通信控制板，并采用RS232接口。优选地，所述倾转控制单元包括分别与所述数据传输单元通信连接的四个倾转控制板，四个所述倾转控制板分别用于控制四个所述旋翼结构的倾转角度。优选地，位于机身前面的两个倾转控制板会把各自的当前倾转角度反馈给所述数据传输单元，所述数据传输单元再把收到的实时角度信息反馈给另一个倾转控制板。优选地，所述飞行控制单元包括分别与所述数据传输单元通信连接的固定翼姿态控制器和多旋翼姿态控制器，所述固定翼姿态控制器用于控制所述机翼的姿态；所述多旋翼姿态控制器用于控制四个所述旋翼结构的姿态。优选地，所述飞行控制单元包括分别与所述数据传输单元通信连接的固定翼位置控制器和四旋翼位置控制器，所述固定翼位置控制包括横向控制模块和纵向控制模块，横向控制模块使无人机按照指定轨迹飞行，纵向控制模块使无人机保持飞行高度和飞行空速；所述四旋翼位置控制器包括水平控制模块和高度控制模块，所述水平控制模块用于保证旋翼的定点功能，所述高度控制模块用于保证旋翼的高度控制功能。相较于现有技术，本专利技术提供的倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统具有以下有益效果：一、无人机还包括两个支撑臂及四个旋翼结构，两个所述支撑臂沿平行于所述机身延伸方向安装于所述机身或所述机翼，使得每一所述支撑臂形成有分布于所述机翼前后两侧的前端和后端，所述支撑臂的安装方向可以减小气动阻力；二、四个所述旋翼结构构成H型旋翼布局结构，位于对角连线的其中两个所述旋翼结构内的旋翼同步顺时针旋转，其他两个所述旋翼结构内的旋翼同步逆时针旋转，当倾转角度倾转一定角度后，拉力形成的转矩对航向的控制作用与旋翼模式下扭力形成的转矩对航向的控制作用相同；因此，在无人机倾转加速过程中，无人机的航向稳定，加速过程较快三、所述倾转轴绕所述安装座旋转，从而带动所述旋翼电机转动，进而实现所述旋翼结构的旋翼的倾转，结构简单，且稳定好；四、机身前面的两个倾转控制板会把各自的当前倾转角度反馈给所述数据传输单元，所述数据传输单元再把收到的实时角度信息反馈给另一个倾转控制板，从而保证了两个倾转控制板对倾转角度控制的同步性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，如下图：图1是本专利技术实施例提供的倾转式垂直起降固定翼的无人机的结构示意图。图2是图1所示倾转式垂直起降固定翼的无人机中旋翼结构的布局示意图；图3是图1所示倾转式垂直起降固定翼的无人机中旋翼结构位于90度的结构示意图；图4是图1所示倾转式垂直起降固定翼的无人机中旋翼结构位于0度的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的飞行控制系统的数据传输示意图；图6是飞行控制系统系统框架图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详尽描述，本专利技术实施中的相关用户操作等都属于本专利保护范围内。请参阅图1，本专利技术提供的倾转式垂直起降固定翼的无人机包括机身10、机翼11、尾翼12、两个支撑臂13和四个旋翼结构14。需要说明的是，所述机身10和所述机翼11为固定翼飞机布局。而且，两个所述支撑臂13沿平行于所述机身10延伸方向安装于所述机身10或所述机翼11，使得每一所述支撑臂13形成有分布于所述机翼11前后两侧的前端和后端。相较于如图2a所示的传统的前后安装方式，本实施例提供的所述支撑臂13的安装方向可以减小气动阻力。每一所述支撑臂13的前端和后端分别安装一个所述旋翼结构14，四个所述旋翼结构14的几何中心与整个无人机的重心重合，且均能够调整自身的倾转角度，从而构成无人机的倾转动力装置。在本实施例中，如图2b所示，四个所述旋翼结构14构成H型旋翼布局结构，位于对角连线的其中两个所述旋翼结构14内的旋翼顺时针旋转，其他两个所述旋翼结构14内的旋翼逆时针旋转。需要说明的是，在倾转加速过程中，目前常规方式是采用“X”型的旋翼布局；如此，倾转加速过程中，当倾转机构倾转一定角度后，前面2个螺旋桨的拉力差会形成对航向的转矩，这个转矩的控制作用与旋翼模式下螺旋桨扭力形成的航向转矩的控制作用相反。因此，采用这种布局的倾转式无人机在倾转加速过程中需要用舵面去配合控制无人机的航向。在无人机重量大于20KG时，“X”型布局的无人机加速过程缓慢，无人机速度较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾转式垂直起降固定翼的无人机，包括机身、机翼和尾翼，所述机身和所述机翼为固定翼飞机布局，其特征在于，无人机还包括两个支撑臂及四个旋翼结构，两个所述支撑臂沿平行于所述机身延伸方向安装于所述机身或所述机翼，使得每一所述支撑臂形成有分布于所述机翼前后两侧的前端和后端；每一所述支撑臂的前端和后端分别安装一个所述旋翼结构，四个所述旋翼结构的几何中心与整个无人机的重心重合，且均能够调整自身的倾转角度，从而构成无人机的倾转动力装置。

【技术特征摘要】
1.一种倾转式垂直起降固定翼的无人机，包括机身、机翼和尾翼，所述机身和所述机翼为固定翼飞机布局，其特征在于，无人机还包括两个支撑臂及四个旋翼结构，两个所述支撑臂沿平行于所述机身延伸方向安装于所述机身或所述机翼，使得每一所述支撑臂形成有分布于所述机翼前后两侧的前端和后端；每一所述支撑臂的前端和后端分别安装一个所述旋翼结构，四个所述旋翼结构的几何中心与整个无人机的重心重合，且均能够调整自身的倾转角度，从而构成无人机的倾转动力装置。2.根据权利要求1所述的倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统，其特征在于，四个所述旋翼结构构成H型旋翼布局结构，位于对角连线的其中两个所述旋翼结构的旋翼同步顺时针旋转，其他两个所述旋翼结构的旋翼同步逆时针旋转。3.根据权利要求1所述的倾转式垂直起降固定翼的无人机及飞行控制系统，其特征在于，所述旋翼结构包括倾转机构、旋翼电机和多个螺旋桨，所述多个螺旋桨安装于所述旋翼电机，且构成所述旋翼结构的旋翼；所述倾转机构包括安装座及与所述安装座铰接的倾转轴，所述安装座固定于所述支撑臂，所述倾转轴固定于所述旋翼电机；所述倾转轴绕所述安装座旋转，从而带动所述旋翼电机转动，进而实现所述旋翼结构的旋翼的倾转。4.一种根据权利要求1-3任一所述的倾转式垂直起降固定翼的无人机的飞行控制系统，其特征在于，包括：飞行控制单元、数据传输单元和倾转控制单元，所述飞行控制单元用于控制飞机的飞行姿态，所述倾转控制单元用于调节所述旋翼结构的倾转角度，所述数据传输单元用于通信连接所述飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雄林，
申请(专利权)人：中山星图航空航天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44