一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，实现了单一飞行器的三种飞行模式切换控制的功能。其技术方案要点是所述的分布式倾转多旋翼飞行器拥有分布式倾转动力系统至少6套，可实现多飞行模式切换，包括多旋翼飞行模式、固定翼飞行模式、复合翼飞行模式，所述的飞行模式控制由倾转机构改变倾转动力系统动力方向实现。在飞行模式转换过程中，所述的控制系统通过依次控制对称的每组倾转机构实现各倾转动力系统的成对分步倾转，且所述的控制系统将协同控制倾转机构的倾转动作及旋翼的转动速度。在倾转过程中，倾转动力系统实施停转‑倾转‑再启动方案。多飞行模式极大的提高了飞行器的任务适应性，实现飞行器未来的多功能化。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法
本专利技术属于飞行器飞行控制领域，尤其涉及一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法。
技术介绍
垂直起降飞行器一般指旋翼类飞行器(如直升机、多旋翼飞行器等)，这类飞行器具有较为高效的垂直起降性能、悬停、低空低速飞行以及独特的后飞和侧飞能力，使得其可以在舰艇、海岛、山区以及高楼林立的城市等复杂地域垂直起降，但由于前飞时旋翼桨叶左右气流不对称，其最大飞行速度受到很大的限制；同时，受限于旋翼类飞行器的气动效率问题，其航程和航时均十分有效，无法执行大范围、广目标的飞行任务。然而，传统固定翼飞行器却在高速飞行以及长航时飞行上极具优势。两种飞行器都具有独特的优势，但缺陷也相应突显，固定翼飞行器往往需要跑道进行起降，对地形适应性差；多旋翼飞行器的续航能力不足，任务范围相当有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现：一种分布式倾转多旋翼飞行器，包括机身、机翼和至少6套倾转动力系统；所述倾转动力系统包括倾转机构、动力电机和旋翼。旋翼连接动力电机输出轴，动力电机安装在倾转机构上，动力电机通过倾转机构实现动力方向的变化。所述倾转动力系统通过倾转机构安装于机翼上，且相对于机身轴对称分布。进一步地，所述机翼包括主机翼和副机翼，分别设于机身的前部和后部形成串列翼布局。进一步地，所有倾转动力系统动力方向为竖直状态时，飞行器重心满足多旋翼飞行器对重心分布及动力分布的要求。进一步地，倾转机构可使动力电机和旋翼整体折转90°。一种基于上述分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，通过控制动力电机的转速，由倾转机构带动倾转动力系统改变动力方向，进而实现飞行器飞行模式的切换。其中，飞行模式包括固定翼模式、多旋翼模式和复合翼模式。倾转动力系统动力方向全水平为固定翼模式；倾转动力系统动力方向全竖直为多旋翼模式；倾转动力系统动力方向部分竖直部分水平为复合翼模式。进一步地，包括以下步骤：(1)由飞行器的地面站发出任务指令到飞行器机载飞控系统；任务指令包括飞行航线和对应的飞行任务。(2)飞控系统接收地面站发出的任务指令；(3)飞控系统对接收到的任务指令进行识别和飞行规划，根据任务指令规划对应飞行航线中不同阶段的飞行模式。(4)飞控系统判断当前飞行模式与飞行规划是否一致：如果当前飞行模式与规划的当前阶段飞行模式一致，则跳到步骤(10)；如果当前飞行模式与规划的当前阶段飞行模式不一致，则执行步骤(5)。(5)飞控系统根据飞行规划选择相应的飞行模式进行变换准备，得到需要进行倾转的倾转动力系统对应的编号。在飞行模式转换过程中，通过依次控制对称的每组倾转机构实现各倾转动力系统的成对分步倾转。(6)飞控系统根据飞行器的实时飞行速度，判断是否停止当前需要进行倾转的一对动力电机：如果飞行速度满足要求，则停止当前需要进行倾转的动力电机，执行步骤(7)；如果飞行速度不满足要求，则不停止动力电机，跳到步骤(8)。(7)飞控系统将当前需要倾转的一对动力电机停止，并控制其余动力电机重新进行动力分配，提供飞行升力，保持飞行稳定；(8)将当前需要倾转的一对倾转机构进行90°顺或逆时针的作动，改变动力方向；再跳到步骤(6)判断是否停止下一对需要进行倾转的动力电机，直到遍历所有需要进行倾转的动力电机，使飞行器转换到规划的当前阶段飞行模式。(9)启动步骤(7)中停止的动力电机，对所有动力进行重新分配，锁定当前飞行模式。(10)执行当前阶段对应的飞行任务后，跳到步骤(4)匹配飞行模式，直到来自地面站的任务指令执行完毕后循环结束。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过倾转动力系统来控制飞行器的飞行模式，包括多旋翼垂直起降模式、固定翼高速巡航模式、复合翼融合任务模式，实现飞行器极高的自由控制能力，将融合固定翼和多旋翼两种飞行器的优势，弥补各自缺陷，拥有垂直起降、悬停等功能，也具有高巡航速度、长航程等能力，实现了未来飞行器的性能提升要求。得益于分布式动力技术与倾转旋翼技术，分布式倾转多旋翼飞行器可以进行多种飞行模式的变换，包括固定翼模式、多旋翼模式、复合模式等，使其能适应多类任务，提高飞行器的应用能力。附图说明图1是分布式倾转多旋翼飞行器巡航飞行模式(固定翼)示意图；图2是分布式倾转多旋翼飞行器垂直起降模式(多旋翼)示意图；图3是分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法的框架图；图中，机身1，主机翼2，垂直尾翼3，副机翼4，升降舵5，倾转动力系统6，起落架7。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术一种倾转动力系统，包括倾转机构、动力电机和旋翼。旋翼设于动力电机输出轴上，动力电机安装在倾转机构上。动力电机通过倾转机构实现动力方向的角度变化。倾转机构可将动力电机和旋翼整体一起折转90°。本专利技术一种分布式倾转多旋翼飞行器，其包括机身1、主机翼2、垂直尾翼3、副机翼4、升降舵5、起落架7和至少6套倾转动力系统6。其中，主机翼2和副机翼4分别设于机身1的前部和后部形成串列翼布局；本实施例将20套倾转动力系统6均匀分布于主机翼2和副机翼4上，且相对于机身1左右对称，倾转机构安装在机翼上，倾转动力系统6伸出机翼的前缘部分(动力电机和旋翼整体)可折转90°；所有倾转动力系统6动力方向呈现竖直状态时，飞行器重心应满足多旋翼飞行器对重心分布及动力分布的要求。本专利技术一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，通过控制动力电机的转速，由倾转机构带动倾转动力系统改变动力方向，进而实现飞行器飞行模式的切换。其中，飞行模式包括：高速巡航的固定翼模式；垂直起降及悬停的多旋翼模式；前飞及悬停灵活切换的复合翼模式。如图1所示，倾转动力系统6的动力方向全水平则飞行器为固定翼模式；如图2所示，倾转动力系统6的动力方向为全竖直则飞行器为多旋翼模式；倾转动力系统6的动力方向部分竖直部分水平则飞行器为复合翼模式。复合翼模式的升力由机翼与旋翼共同提供。根据飞行器飞行模式、姿态、速度及后续航线、任务等，选择需要切换的下一个飞行模式，并同时控制倾转机构的倾转动作及旋翼的转速；如图3所示，具体步骤为：(1)由飞行器的地面站发出任务指令到飞行器机载飞控系统；飞行器地面站制定飞行航线及任务生成任务指令，由数传DDT(digitaldatatransmission，无线电高速数据传输)发送至飞行器机载飞控系统，并由对应数传接收任务指令。飞行航线包括飞行速度、转弯半径等。(2)飞行器机载飞控系统接收地面站发出的任务指令。(3)飞控系统对接收到的任务指令进行识别和飞行规划本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，其特征在于，通过控制动力电机的转速，由倾转机构带动倾转动力系统改变动力方向，进而实现飞行器飞行模式的切换。/n所述飞行模式包括固定翼模式、多旋翼模式和复合翼模式。倾转动力系统动力方向全水平为固定翼模式；倾转动力系统动力方向全竖直为多旋翼模式；倾转动力系统动力方向部分竖直部分水平为复合翼模式。/n所述分布式倾转多旋翼飞行器，包括机身、机翼和至少6套倾转动力系统等；所述倾转动力系统包括倾转机构、动力电机和旋翼。旋翼连接动力电机输出轴，动力电机安装在倾转机构上，动力电机通过倾转机构实现动力方向的变化。所述倾转动力系统通过倾转机构安装于机翼上，且相对于机身轴对称分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，其特征在于，通过控制动力电机的转速，由倾转机构带动倾转动力系统改变动力方向，进而实现飞行器飞行模式的切换。
所述飞行模式包括固定翼模式、多旋翼模式和复合翼模式。倾转动力系统动力方向全水平为固定翼模式；倾转动力系统动力方向全竖直为多旋翼模式；倾转动力系统动力方向部分竖直部分水平为复合翼模式。
所述分布式倾转多旋翼飞行器，包括机身、机翼和至少6套倾转动力系统等；所述倾转动力系统包括倾转机构、动力电机和旋翼。旋翼连接动力电机输出轴，动力电机安装在倾转机构上，动力电机通过倾转机构实现动力方向的变化。所述倾转动力系统通过倾转机构安装于机翼上，且相对于机身轴对称分布。


2.根据权利要求1所述分布式倾转多旋翼飞行器的飞行模式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)由飞行器的地面站发出任务指令到飞行器机载飞控系统；任务指令包括飞行航线和对应的飞行任务。
(2)飞控系统接收地面站发出的任务指令；
(3)飞控系统对接收到的任务指令进行识别和飞行规划，根据任务指令规划对应飞行航线中不同阶段的飞行模式。
(4)飞控系统判断当前飞行模式与飞行规划是否一致：
如果当前飞行模式与规划的当前阶段飞行模式一致，则跳到步骤(10)；
如果当前飞行模式与规划的当前阶段飞行模式不一致，则执行步骤(5)。
(5)飞控系统根据飞行规划选择相应的飞行模式进行变换准备，得到需要进行倾转的倾转动力系统对应的编号。在飞行模式转换过程中，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，谢安桓，娄斌，严旭飞，王晓波，陈令凯，谢也，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：浙江;33