一种推力矢量倾转三旋翼无人机及其控制方法技术

一种推力矢量倾转三旋翼无人机。其包括机身、前排右侧电机及旋翼、前排右侧倾转舵机、右侧连接杆、前排左侧电机及旋翼、前排左侧倾转舵机、左侧连接杆、尾部电机及旋翼、尾部倾转舵机、尾部连接杆、左侧大翼、左侧副翼、右侧大翼、右侧副翼、起落架、主电池和控制系统。本发明专利技术效果：所有旋翼在垂直起降、高速巡航状态下不停转，而复合翼飞行器在运行时至少有一个旋翼停转，其废重远大于本无人机。因此，本无人机的飞行效率更高、更节能，进而可节省电池方面的开销。在常规机型已逐渐普及的环境下，本无人机兼具固定翼及旋翼的特点，可在条件恶劣的环境下应用，具有常规机型不具备的优势，因此在民用市场上的应用前景广阔，经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种推力矢量倾转三旋翼无人机及其控制方法
本专利技术属于民用航空
，特别是涉及一种推力矢量倾转三旋翼无人机及其控制方法。
技术介绍
倾转旋翼飞行器(TRUAV)是一种兼具垂直起降与快速前飞能力的飞行器，其依靠机翼和旋翼产生升力，通常具有三种飞行模式：旋翼模式、过渡模式和固定翼模式，主要构型有双旋翼、三旋翼和四旋翼。其中，三旋翼相对其他两种机型存在着许多优点，如结构更紧凑、同重量下废重及占地面积较小、综合能耗低等。倾转旋翼飞行器因其独特的优点在我国的民用、军用方面均有广阔的应用场景，譬如用于复杂地形、海上作战、重大灾害情况下的物资运输、抢险救灾、医疗救护及安防测绘等。与其他垂直起降飞行器(如倾转机翼飞机、涵道风扇、推力换向飞机)相比，倾转旋翼飞行器的悬停性能仅次于传统直升机，而推力矢量倾转模式虽尚未被大规模研究，却因其高度可操纵性而具备广泛的应用前景。美国贝尔公司通过XV-15和V-22已验证了倾转旋翼飞行器的有效性，该公司于1993年启动了EagleEye项目来研究TRUAV，并在5年后开发了第一台TRUAV。为了研究新型的VTOL无人机，自2002年以来，韩国航空航天研究院(KARI)设计并完成了类似的TRUAV——TR-100和缩小版本的TR-60并开始了控制方法的研究。该机构还研究了地面测试平台和最优飞机结构设计以提高飞行性能。此外，DualTRUAV的旋翼像“Osprey”倾斜旋翼飞行器一样安装在翼尖上，这种结构和中国的南京航空航天大学，印度理工学院马德拉斯和国家理工学院Mexs研究与高级研究中心(CINVESTAV-IPN)所公布的研究均是最早公开的结构。日本航天探索局(JAXA)开发了四倾翼无人飞行器(TWUAV)AKITSU，它是一种具有新颖的倾斜转子结构的TRUAV，其中转子组装在机翼的中心，与仅有旋转转子的结构相比，转子和机翼可以一起倾斜，因此可以减少由下洗气流产生的影响。日本的千叶大学和土耳其的萨班哲大学、希腊的帕特雷大学和瑞士的苏黎世联邦理工学院(ETH)也开发了类似的TWUAV，提出了Tri-TRUAV，它将转子和机翼分开，并由正向双倾斜转子和正向双倾斜转子组成。中国科学院沈阳自动化研究所(SIA)设计了Quad-TRUAV，该飞机在机身的正面和背面装有两对可倾斜的旋翼，以减少空气动力干扰，法国贡比涅工业大学也开发了类似的TRUAV。倾转旋翼飞行器的应用前景十分广阔，但由于变形的结构导致实际可用控制算法寥若晨星。此外，在已公布的研究成果当中，鲜少有具备推力矢量控制的倾转旋翼无人机。因此，此型无人机机体及其实用的控制算法均有待进一步开发研究。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供了一种推力矢量倾转三旋翼无人机及其控制方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机包括机身、前排右侧电机及旋翼、前排右侧倾转舵机、右侧连接杆、前排左侧电机及旋翼、前排左侧倾转舵机、左侧连接杆、尾部电机及旋翼、尾部倾转舵机、尾部连接杆、左侧大翼、左侧副翼、右侧大翼、右侧副翼、起落架、主电池和控制系统；其中，机身的两侧分别连接有左侧大翼与右侧大翼，左侧大翼与右侧大翼的外端分别连接有后部能够上下扑动的左侧副翼和右侧副翼；尾部连接杆的前端连接在机身的后端；尾部倾转舵机安装在尾部连接杆的后端；尾部电机及旋翼安装在尾部倾转舵机的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在尾部电机的输出轴上；左侧连接杆和右侧连接杆的后端分别对称连接在左侧大翼和右侧大翼的前部；前排左侧倾转舵机和前排右侧倾转舵机分别安装在左侧连接杆和右侧连接杆的前端；前排左侧电机及旋翼和前排右侧电机及旋翼分别安装在前排左侧倾转舵机和前排右侧倾转舵机的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在相应电机的输出轴上；机身底部连接有三个起落架，其中两个起落架相对机身的中轴线对称设置，另一个起落架位于机身的中轴线下方；主电池及控制系统设置在机身的内部，其中控制系统分别与前排右侧电机及旋翼、前排右侧倾转舵机、前排左侧电机及旋翼、前排左侧倾转舵机、尾部电机及旋翼、尾部倾转舵机、左侧副翼和右侧副翼电连接，主电池用于本无人机中各用电部件供电。所述的机身外形采用飞行阻力小的流线型设计，机头为钝头体。所述的右侧连接杆、左侧连接杆和尾部连接杆均采用碳纤维材料制成。所述的主电池采用锂电池。本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机及其控制方法具有如下有益效果：·经济效益：(1)本无人机上所有旋翼在垂直起降、高速巡航状态下不停转，而已有复合翼飞行器在运行时至少有一个旋翼停转，其废重远大于本无人机。因此，本无人机的飞行效率更高、更节能，进而可节省电池方面的开销。(2)在常规机型已逐渐普及的环境下，本无人机兼具固定翼及旋翼的特点，可在条件恶劣的环境下应用，具有常规机型不具备的优势，因此在民用市场上的应用前景广阔，经济效益显著。·社会效益(1)本无人机符合航空环保的要求，迎合发展人工智能的大环境，结合互联网+、5G技术可进一步促进物联网，便利人类生活，提高生产效率。(2)本无人机更便于多用途使用，具有其他类型航空器不可取代的优势，其有利于带动通用航空产业的发展，对航空勘测、地质勘探、休闲娱乐等行业的发展也可以起到重要作用。附图说明图1为本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机立体图。图2为本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机侧视图。图3为本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机俯视图。图4为本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机正视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1-图4所示，本专利技术提供的推力矢量倾转三旋翼无人机包括机身1、前排右侧电机及旋翼2、前排右侧倾转舵机3、右侧连接杆4、前排左侧电机及旋翼5、前排左侧倾转舵机6、左侧连接杆7、尾部电机及旋翼8、尾部倾转舵机9、尾部连接杆10、左侧大翼11、左侧副翼12、右侧大翼13、右侧副翼14、起落架15、主电池和控制系统；其中，机身1的两侧分别连接有左侧大翼11与右侧大翼13，左侧大翼11与右侧大翼13的外端分别连接有后部能够上下扑动的左侧副翼12和右侧副翼14；尾部连接杆10的前端连接在机身1的后端；尾部倾转舵机9安装在尾部连接杆10的后端；尾部电机及旋翼8安装在尾部倾转舵机9的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在尾部电机的输出轴上；左侧连接杆7和右侧连接杆4的后端分别对称连接在左侧大翼11和右侧大翼13的前部；前排左侧倾转舵机6和前排右侧倾转舵机3分别安装在左侧连接杆7和右侧连接杆4的前端；前排左侧电机及旋翼5和前排右侧电机及旋翼2分别安装在前排左侧倾转舵机6和前排右侧倾转舵机3的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在相应电机的输出轴上；机身1底部连接有三个起落架15，其中两个起落架15相对机身1的中轴线对称设置，另一个起落架15位于机身1的中轴线下方；主电池及控制系统设置在机身1的内部，其中控制系统分别与前排右侧电机及旋翼2、前排右侧倾转舵机3、前排左侧电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推力矢量倾转三旋翼无人机，其特征在于：所述的推力矢量倾转三旋翼无人机包括机身(1)、前排右侧电机及旋翼(2)、前排右侧倾转舵机(3)、右侧连接杆(4)、前排左侧电机及旋翼(5)、前排左侧倾转舵机(6)、左侧连接杆(7)、尾部电机及旋翼(8)、尾部倾转舵机(9)、尾部连接杆(10)、左侧大翼(11)、左侧副翼(12)、右侧大翼(13)、右侧副翼(14)、起落架(15)、主电池和控制系统；其中，机身(1)的两侧分别连接有左侧大翼(11)与右侧大翼(13)，左侧大翼(11)与右侧大翼(13)的外端分别连接有后部能够上下扑动的左侧副翼(12)和右侧副翼(14)；尾部连接杆(10)的前端连接在机身(1)的后端；尾部倾转舵机(9)安装在尾部连接杆(10)的后端；尾部电机及旋翼(8)安装在尾部倾转舵机(9)的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在尾部电机的输出轴上；左侧连接杆(7)和右侧连接杆(4)的后端分别对称连接在左侧大翼(11)和右侧大翼(13)的前部；前排左侧倾转舵机(6)和前排右侧倾转舵机(3)分别安装在左侧连接杆(7)和右侧连接杆(4)的前端；前排左侧电机及旋翼(5)和前排右侧电机及旋翼(2)分别安装在前排左侧倾转舵机(6)和前排右侧倾转舵机(3)的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在相应电机的输出轴上；机身(1)底部连接有三个起落架(15)，其中两个起落架(15)相对机身(1)的中轴线对称设置，另一个起落架(15)位于机身(1)的中轴线下方；主电池及控制系统设置在机身(1)的内部，其中控制系统分别与前排右侧电机及旋翼(2)、前排右侧倾转舵机(3)、前排左侧电机及旋翼(5)、前排左侧倾转舵机(6)、尾部电机及旋翼(8)、尾部倾转舵机(9)、左侧副翼(12)和右侧副翼(14)电连接，主电池用于本无人机中各用电部件供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种推力矢量倾转三旋翼无人机，其特征在于：所述的推力矢量倾转三旋翼无人机包括机身(1)、前排右侧电机及旋翼(2)、前排右侧倾转舵机(3)、右侧连接杆(4)、前排左侧电机及旋翼(5)、前排左侧倾转舵机(6)、左侧连接杆(7)、尾部电机及旋翼(8)、尾部倾转舵机(9)、尾部连接杆(10)、左侧大翼(11)、左侧副翼(12)、右侧大翼(13)、右侧副翼(14)、起落架(15)、主电池和控制系统；其中，机身(1)的两侧分别连接有左侧大翼(11)与右侧大翼(13)，左侧大翼(11)与右侧大翼(13)的外端分别连接有后部能够上下扑动的左侧副翼(12)和右侧副翼(14)；尾部连接杆(10)的前端连接在机身(1)的后端；尾部倾转舵机(9)安装在尾部连接杆(10)的后端；尾部电机及旋翼(8)安装在尾部倾转舵机(9)的活动支架上，并且旋翼的中心处连接在尾部电机的输出轴上；左侧连接杆(7)和右侧连接杆(4)的后端分别对称连接在左侧大翼(11)和右侧大翼(13)的前部；前排左侧倾转舵机(6)和前排右侧倾转舵机(3)分别安装在左侧连接杆(7)和右侧连接杆(4)的前端；前排左侧电机及旋翼(5)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丹丹，管若乔，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12