涵道式多旋翼系留无人机及其控制系统技术方案

涵道式多旋翼系留无人机及其控制系统，属于无人机领域。现有的无人机存在续航时间短、无人机旋翼裸露易坠机的问题。本发明专利技术的内部中心管与外部的涵道管之间通过一组导流片连接，中心板组成的块体侧面外壁固定安装一组碳纤维管，每根碳纤维管中段与涵道管的管壁固定，碳纤维管的末端通过副电机安装副旋翼；中心板块体的上表面安装硬件控制系统，中心板块体的下表面同轴心通过主电机带动主旋翼，主电机旁设置供电系统；硬件控制系统连接主电机、一组副电机、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，系留线缆通过供电系统连接硬件控制系统、主电机、一组副电机和视频采集单元。本发明专利技术的无人机可实现24小时不间断工作。

【技术实现步骤摘要】
涵道式多旋翼系留无人机及其控制系统
本专利技术涉及一种涵道式多旋翼系留无人机及其控制系统。
技术介绍
无人机简称(UAV)指不载有操作人员可以自主飞行或遥控驾驶的飞行器。多旋翼无人机，是一种具有三个或三个以上旋翼的、特殊的无人飞行器，常见到的有四旋翼、六旋翼、八旋翼等机型，通过控制每个轴上电机的转速，带动旋翼，从而产生升推力。近几年，多旋翼无人机被广泛应用于军事侦查、安防监控、通信保障、媒体娱乐、环境监测等领域。多旋翼无人机飞行稳定操纵简单，价格较低廉，为人们提供了极大的方便，受到了用户普遍欢迎。但是，传统的多旋翼无人机供电能力一直是它的短板，它的电能通常来源于自身携带的锂电池，除了为飞行器提供动力外，还需要为搭载的相机、无线数传、自动驾驶仪等电子设备供电，市面上多旋翼无人机一次充电最多续航一小时，且不能为较大的功率设备供电，极大地制约了它的工作时间和应用范围。此外，多旋翼无人机旋翼裸露在外没有保护，很容易出现坠机伤人事件，成为事故隐患。。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的无人机存在续航时间短、无人机旋翼裸露易坠机的问题，而提出一种涵道式多旋翼系留无人机及其控制系统。一种涵道式多旋翼系留无人机，其组成包括涵道管、中心管、一组中心板、一组导流片、一组碳纤维管、主旋翼、主电机、80A电调、一组副旋翼、一组副电机、一组30A电调、系留线缆、硬件控制系统、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，外部的涵道管与内部的中心管同轴心设置，中心管与涵道管之间通过一组导流片连接，一组中心板同轴心叠置形成中心板块体，中心板块体的侧面外壁固定安装一组碳纤维管，且碳纤维管均匀分布在中心板块体的侧面外壁圆周方向上，中心板与涵道管同轴心设置，每根碳纤维管的管体中段与涵道管的管壁固定，碳纤维管的末端安装副电机，副电机带动副旋翼，；中心板块体的上表面安装硬件控制系统、80A电调和一组30A电调，中心板块体的下表面同轴心安装主电机，主电机带动主旋翼，且主电机旁设置供电系统；其中，硬件控制系统连接主电机、一组副电机、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，系留线缆通过供电系统连接硬件控制系统、主电机、一组副电机和视频采集单元；视频采集单元安装在涵道管侧壁或中心板块体顶部。一种涵道式多旋翼系留无人机控制系统，所述的控制系统包括：硬件控制单元、动力单元、供电单元、视频采集单元、自动驾驶仪、系留线缆；其中，硬件控制单元用于接收控制信号并对整个无人机进行控制，动力单元为无人机提供竖直水平方向移动的动力，供电单元为无人机提供电能，视频采集单元用于对无人机提供飞行反馈信息、自动驾驶仪用于对硬件控制单元提供控制信号，系留线缆用于将无人机及控制系统分别与供电单元进行连接，实现无人机不间断供电；硬件控制单元连接主电机、一组副电机、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，系留线缆通过供电单元连接硬件控制单元、动力单元和视频采集单元，动力单元包括主电机和一组副电机；所述的硬件控制单元包括飞行控制器、数据传输单元、电压电流传感器、GPS接收器、空速传感器、超声测距传感器、遥控接收器和自动驾驶仪，飞行控制器内部集成加速度计、陀螺仪、磁强计和气压计，飞行控制器的接口连接电压电流传感器、GPS接收器、空速传感器、超声测距传感器、遥控接收器，飞行控制器通过数据传输单元连接自动驾驶仪，飞行控制器连接视频采集单元、主电机和一组副电机。本专利技术的有益效果为：本专利技术设计的涵道式多旋翼系留无人机是一种特种无人飞行器，靠涵道及涵道内部的大旋翼提供主要升力，附带的四个小旋翼在提供辅助升力的同时可以对飞行器的姿态进行控制，系留线缆为飞行器提供电能。本专利技术完成了对涵道式多旋翼系留无人机的机体结构设计以及供电方案设计，使得该飞行器具有较低的气动噪音、更高的安全性、更强的抗干扰能力、更长的飞行时间等优点。本专利技术的涵道式多旋翼系留无人机在提高气动升力的同时保护了设备的安全，在狭小的空间内也可以飞行。涵道式多旋翼系留无人机通过一条含有电源线和光纤的轻型复合线缆，将地面高压交流电转化为可供无人机长时间飞行的低压直流电，实现了无人机供电和音视频、控制信号的传输，极大地增加了飞行器的工作时间和传输带宽。具有有线和无线两种控制方式，提高飞行器控制的可靠性。相比传统的多旋翼无人机，涵道式多旋翼系留无人机还具有以下几个特点：(1)广泛的应用场合。该无人机系统能够在城市和山区等复杂地形条件下垂直起降和悬停，在军事、商业领域有很好的应用前景。(2)更大的气动升力。涵道会改变旋翼的气动特性，为飞行器提供额外的升力，实现能量高效利用，多旋翼的设计具有更高的载荷能力。(3)超长的巡航时间。地面电源为飞行器提供电能，无特殊状况下，无人机可实现24小时不间断工作。(4)良好的抗干扰能力。采用有线的控制方式可在复杂电磁环境下避免电磁干扰，结合地面充足的电能供给，可克服外界恶劣环境的影响，保障飞行器姿态的稳定控制。(5)优异的安全隐蔽性能。螺旋桨位于涵道的内部，不会因碰撞损坏旋翼，预防事故隐患，气动噪音被阻挡从而物理地降低了飞行器的噪音强度和传播距离。同时，动力系统被涵道环扩，降低了整体飞行器的发动机热辐射扩散。(6)便捷的开设和撤收能力。搭配地面车辆使用，可快速机动到指定区域，快速部署和撤收，可以节省时间，提高工作效率。同时，涵道式多旋翼系留无人机还可以作为一个优秀的飞行平台，可以对诸如自适应控制，滤波算法进行分析和验证，为科学研究提供方便。搭载各种电子监控、通信基站对某一区域进行定点监控和通信信号覆盖，为安保维稳、灾后通信恢复等任务提供保障，还可以对大气环境进行监测，基于以上几个方面，对涵道式多旋翼系留无人机开展研究具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术系留线缆截面图；图2为涵道式多旋翼无人机剖面结构示意图；图3硬件的总体设计结构示意图；图4整体供电系统示意图；图5DCM电源芯片三级并联示意图；具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种涵道式多旋翼系留无人机，其组成包括涵道管1、中心管2、一组中心板3、一组导流片4、一组碳纤维管5、主旋翼6、主电机7、80A电调、一组副旋翼8、一组副电机9、一组30A电调、系留线缆10、硬件控制系统11、供电系统12、视频采集单元13和用于遥控无人机自动驾驶仪14，外部的涵道管1与内部的中心管2同轴心设置，中心管2与涵道管1之间通过一组导流片4连接，一组中心板3同轴心叠置形成中心板块体，中心板块体的侧面外壁固定安装一组碳纤维管5，且碳纤维管5均匀分布在中心板块体的侧面外壁圆周方向上，中心板块体与涵道管1同轴心设置，每根碳纤维管5的管体中段与涵道管1的管壁固定，碳纤维管5的末端安装副电机9，副电机9带动副旋翼8，副旋翼8产生向下的冲力；中心板块体的上表面安装硬件控制系统11、80A电调和一组30A电调，中心板块体的下表面同轴心安装主电机7，主电机7带动主旋翼6，主旋翼6产生向上的冲力，且主电机7旁设置供电系统12；其中，硬件控制系统11连接主电机7、一组副电机9、供电系统12、视频采集单元13和自动驾驶仪14，系留线缆10通过供电系统12连接硬件控制系统11、主电机7、一组副电机9和视频采集单元13；视频采集单元13安装在涵道管1侧壁或中心板块体顶部。实现长时间不间断飞行；(1)涵道式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涵道式多旋翼系留无人机，其特征是：其组成包括涵道管、中心管、一组中心板、一组导流片、一组碳纤维管、主旋翼、主电机、80A电调、一组副旋翼、一组副电机、一组30A电调、系留线缆、硬件控制系统、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，外部的涵道管与内部的中心管同轴心设置，中心管与涵道管之间通过一组导流片连接，一组中心板同轴心叠置形成中心板块体，中心板块体的侧面外壁固定安装一组碳纤维管，且碳纤维管均匀分布在中心板块体的侧面外壁圆周方向上，中心板与涵道管同轴心设置，每根碳纤维管的管体中段与涵道管的管壁固定，碳纤维管的末端安装副电机，副电机带动副旋翼，；中心板块体的上表面安装硬件控制系统、80A电调和一组30A电调，中心板块体的下表面同轴心安装主电机，主电机带动主旋翼，且主电机旁设置供电系统；其中，硬件控制系统连接主电机、一组副电机、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，系留线缆通过供电系统连接硬件控制系统、主电机、一组副电机和视频采集单元；视频采集单元安装在涵道管侧壁或中心板块体顶部。

【技术特征摘要】
1.一种涵道式多旋翼系留无人机，其特征是：其组成包括涵道管、中心管、一组中心板、一组导流片、一组碳纤维管、主旋翼、主电机、80A电调、一组副旋翼、一组副电机、一组30A电调、系留线缆、硬件控制系统、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，外部的涵道管与内部的中心管同轴心设置，中心管与涵道管之间通过一组导流片连接，一组中心板同轴心叠置形成中心板块体，中心板块体的侧面外壁固定安装一组碳纤维管，且碳纤维管均匀分布在中心板块体的侧面外壁圆周方向上，中心板与涵道管同轴心设置，每根碳纤维管的管体中段与涵道管的管壁固定，碳纤维管的末端安装副电机，副电机带动副旋翼，；中心板块体的上表面安装硬件控制系统、80A电调和一组30A电调，中心板块体的下表面同轴心安装主电机，主电机带动主旋翼，且主电机旁设置供电系统；其中，硬件控制系统连接主电机、一组副电机、供电系统、视频采集单元和自动驾驶仪，系留线缆通过供电系统连接硬件控制系统、主电机、一组副电机和视频采集单元；视频采集单元安装在涵道管侧壁或中心板块体顶部。2.根据权利要求1所述涵道式多旋翼系留无人机，其特征在于：所述的系留线缆的截面部分由外层到内层依次为外套管层、地线网层、强度材料层、高压绝缘层，高压绝缘层内设置1根承力缆线、2根通信光纤和2根电源线，承力缆线位于中部，四周设置2根通信光纤和2根电源线。3.根据权利要求1或2所述的涵道式多旋翼系留无人机，其特征在于：所述的硬件控制系统包括飞行控制器、数据传输单元、电压电流传感器、GPS接收器、空速传感器、超声测距传感器和遥控接收器，飞行控制器内部集成加速度计、陀螺仪、磁强计和气压计，飞行控制器的接口连接电压电流传感器、GPS接收器、空速传感器、超声测距传感器、遥控接收器，飞行控制器通过数据传输单元连接自动驾驶仪，飞行控制器连接视频采集单元、主电机和一组副电机。4.根据权利要求3所述的涵道式多旋翼系留无人机，其特征在于：供电系统包括电池和系留供电设备，电池作为备用电源，电池连接硬件控制系统、主电机和一组副电机，系留供电设备连接、硬件控制系统、主电机和一组副电机，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李缘熹，伊国兴，张磊，胡磊，张舸，孙一为，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23