翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法技术

本公开提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法，其翼尖柔性连接固定翼组合无人机包括，一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性连接。本公开既能够完成柔性组合体无人机的姿态控制，又能够使系统具有一定的抗干扰性，硬件成本低，组合方式灵活，控制方法简单，易于实现。

Fixed wing combination UAV with flexible wing tip connection and its attitude control method

【技术实现步骤摘要】
翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法
本公开涉及飞行器制导、导航与控制领域，尤其涉及一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法。
技术介绍
固定翼飞机的机翼产生升力时，机翼下表面的压力比上表面的大，而机翼翼展长度又是有限的，所以下翼面的高压气流会绕过两端翼尖，力图向上翼面的低压区流去。当气流绕过翼尖时，在翼尖部分形成翼尖涡流，进而形成下洗流，导致诱导阻力。诱导阻力影响了飞机的气动性能，降低了航程航时。利用仿生学原理和空气动力学理论，一种解决诱导阻力问题的创新思路是将多架飞机机翼通过翼尖链接机构相连，形成组合式无人机。组合式无人机消除了单个飞机的翼尖涡和诱导阻力，同时增加了飞机展弦比，因此组合无人机比单个飞机具有更高的升阻比，能获得更远的航程和更大的装载量增益。在执行任务方面，组合式无人机具有较高的自由度。单个飞机适合执行小范围任务；组合时，利用航程远、载重大等优势可以执行大型任务。由于飞机结构的更新，飞行控制相比单机更为复杂，而姿态控制技术将是组合无人机的关键技术之一，目前还少有针对此类组合体的飞行控制技术，这是因为：1.组合体的飞行控制由多个单机协调完成，而整体和单机飞行姿态高度耦合，故需设计新的控制逻辑；2.根据新控制逻辑，需选择适合组合体的硬件连接方式。由于通过翼尖连接使多架无人机构成一个整体，因此单机通过改变舵面和电机转速进行姿态控制时，除了会影响到本身的姿态，同时也会对飞机整体姿态造成影响；同时控制整体姿态时，由中心飞控机发指令控制所有舵机和电机，此时单机的舵面和电机都被当作整体无人机的一部分，则单机本身的飞行姿态会受到影响，由于其自身气动特性的作用，可能会反过来威胁飞机整体的稳定性。因此需要针对组合式无人机飞行姿态控制的特点，研究合理的飞行控制逻辑，从而保证组合整体姿态控制的有效性和稳定性。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机，包括：一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性材料连接。在本公开的一些实施例中，所述中心单机包括：中心飞控机，用于分析处理所述中心单机和所述非中心单机的信息，同时控制中心单机的姿态；接收机，与所述中心飞控机电性相连；所述接收机用于接收地面站信号，并发送至所述中心飞控机；所述非中心单机包括：非中心飞控机，与所述中心飞控机电性相连，所述非中心飞控机用于与所述中心飞控机进行信号交换，所述中心飞控机向所述非中心飞控机发送指令，所述非中心飞控机向所述中心飞控机回传状态信息，以控制所述非中心单机的姿态。在本公开的一些实施例中，所述柔性材料为弹性橡胶材料；所述柔性材料的连接方式为可拆解的变柔性链接。在本公开的一些实施例中，所述中心单机和非中心单机还包括：升降舵、舵机、电机、电调和储能电池，分别通过线缆连接；所述升降舵用于提供气动力矩；所述舵机用于控制舵面转动；所述电机用于为螺旋桨提供转矩；所述电调用于调节电机转速；所述储能电池用于为飞控及电机供电。根据本公开的一个方面，还提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机的姿态控制方法，包括：步骤A：中心无人机上的接受机接收地面站发出的指令并传给中心飞控机，中心飞控机根据当前系统状态发布信息并传输至各个非中心飞控机，同时发出对于自身舵面及电机的指令；各个非中心飞控机将信息处理后传送至各个非中心单机的舵机和电机执行；步骤B：中心飞控机接收非中心飞控机对非中心单机的飞行状态进行的判断，作为中心飞控机分配姿态指令的判断依据；步骤C：中心飞控机以周期方式运行，根据其他单机飞行状态决定整机飞行状态。在本公开的一些实施例中，所述步骤A包括子步骤A1：中心无人机上的接受机接收地面站发出的指令并传给中心飞控机；子步骤A2：中心飞控机根据当前系统状态发布信息并传输至各个非中心飞控机，同时发出对于自身舵面及电机的指令；各个非中心飞控机将信息处理后传送至各个非中心单机的舵机和电机执行；子步骤A3：中心飞控机接收中心单机和/或非中心单机的飞行状态。在本公开的一些实施例中，所述步骤B包括子步骤B1：中心飞控机判断非稳定飞行状态的单机数量占单机总量的比例是否在预设范围内；子步骤B2：如在预设范围内，则进入正常运行状态；子步骤B3：如不在预设范围内，则进入应急模式。在本公开的一些实施例中，所述子步骤A2包括：子分步骤A21：非中心飞控机接收中心飞控机发送的信息，非中心飞控机将信息处理为指令；子分步骤A22：非中心飞控机将指令传送至非中心单机的舵机和电机执行；子分步骤A23：非中心飞控机判断自身飞行状态，回传至中心飞控机。在本公开的一些实施例中，子步骤B3中整机进入应急模式时，中心飞控机向其他非中心飞控机发出自控指令，向中心单机发出自身舵机回零，电机转速不变的指令。在本公开的一些实施例中，子步骤B2中进入正常运行状态，中心飞控机根据接收机传送的信息，分配姿态指令包括：滚转方向令中心单机和非中心单机的副翼均进行差动；偏航方向令非中心单机的电机转速进行差动；以及俯仰方向令中心单机和非中心单机的升降舵均同向偏转。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本公开既能够完成柔性组合体无人机的姿态控制，又能够使系统具有一定的抗干扰性，硬件成本低，组合方式灵活，控制方法简单，易于实现。(2)本公开由多架单机通过柔性结构连接，具有滚转方向上的自由度和恢复形变能力。附图说明图1为本公开实施例翼尖柔性连接固定翼组合无人机结构示意图。图2为本专利技术的信号传输示意图。图3为本公开实施例翼尖柔性连接固定翼组合无人机的姿态控制方法流程框图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】100-中心单机；110-中心飞控机；120-接收机；200-非中心单机；210-非中心飞控机；300-副翼；400-升降舵；500-舵机；600-电机；700-电调；800-储能电池；900-线缆；1000-柔性材料。具体实施方式本公开提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法，其翼尖柔性连接固定翼组合无人机包括，一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性连接。中心单机，包括中心飞控机、接收机、升降舵、舵机、电机、电调和储能电池。非中心单机，包括非中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机，包括：一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性材料连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机，包括：一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性材料连接。


2.根据权利要求1所述的翼尖柔性连接固定翼组合无人机，其中，所述中心单机包括：
中心飞控机，用于分析处理所述中心单机和所述非中心单机的信息，同时控制中心单机的姿态；
接收机，与所述中心飞控机电性相连；所述接收机用于接收地面站信号，并发送至所述中心飞控机；
所述非中心单机包括：
非中心飞控机，与所述中心飞控机电性相连，所述非中心飞控机用于与所述中心飞控机进行信号交换，所述中心飞控机向所述非中心飞控机发送指令，所述非中心飞控机向所述中心飞控机回传状态信息，以控制所述非中心单机的姿态。


3.根据权利要求1所述的翼尖柔性连接固定翼组合无人机，其中，所述柔性材料为弹性橡胶材料；所述柔性材料的连接方式为可拆解的变柔性链接。


4.根据权利要求1至3任一项所述的翼尖柔性连接固定翼组合无人机，其中，所述中心单机和非中心单机还包括：升降舵、舵机、电机、电调和储能电池，分别通过线缆连接；所述升降舵用于提供气动力矩；所述舵机用于控制舵面转动；所述电机用于为螺旋桨提供转矩；所述电调用于调节电机转速；所述储能电池用于为飞控及电机供电。


5.一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机的姿态控制方法，包括：
步骤A：中心无人机上的接受机接收地面站发出的指令并传给中心飞控机，中心飞控机根据当前系统状态发布信息并传输至各个非中心飞控机，同时发出对于自身舵面及电机的指令；各个非中心飞控机将信息处理后传送至各个非中心单机的舵机和电机执行；
步骤B：中心飞控机接收非中心飞控机对非中心单机的飞行状态进行的判断，作为中心飞控机分配姿态指令的判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁子薇，杨延平，赵昕辉，李梓荣，王翔宇，马晓平，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11