无人飞行器、无人航拍系统及无人航拍方法技术方案

本申请公开了一种无人飞行器、无人航拍系统及无人航拍方法。该无人飞行器包括机身、机翼、涵道风扇、倾转机构；机翼包括前翼、中翼和尾翼，中翼、尾翼、前翼的安装高度依次降低且关于机身轴线对称，各机翼的两个翼面上对称设有多个涵道风扇，其由机翼内的倾转机构控制，机身下方搭载倾斜摄影装置。该无人飞行器采用三翼面设计，并以分布式涵道风扇为动力系统，可以实现垂直起降和巡航，工作可靠性和飞行稳定性高，全机气动载荷分布均匀，机翼气动载荷小、结构重量轻，能实现静稳定性设计，升阻特性好，载重大，可以搭配更多设备和能量源，更适应长距离、多要求的航拍任务，能在多种天气进行大范围拍摄，且能获得航拍对象垂直面上的高精度信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
无人飞行器、无人航拍系统及无人航拍方法


[0001]本申请涉及一种无人飞行器，具体涉及一种基于分布式涵道风扇的垂直起降无人机以及基于该无人机的航拍系统、航拍方法。

技术介绍

[0002]我国拥有漫长的海岸线和辽阔的海洋疆域，因而对海洋区域的有力监管和有效控制显得尤为重要。无人机以其具备高可靠性、高准确性和实时性强等特点被广泛应用于生产和生活中。相比于巡逻船，无人机航拍覆盖面广、机动灵活、成本损耗小，更能满足海事监管的需要。但同时，海上环境又较为错综复杂，对无人机也提出了一定要求。
[0003]随着影像采集传感器技术的发展，航拍已被广泛应用在农林资源调查、城镇布局规划、水域拍摄勘测、气象环境监测等多个方面。由于地物结构的复杂性，单一角度观测无法获得地物真实目标特征参数，利用多角度倾斜摄影来获取多角度地物影像，从而建立地物的三维模型是获取多角度遥感信息的重要手段。但随着对影像资料要求的提高和拍摄环境的多样化，无人机航拍系统也面临着更多的挑战。
[0004]垂直起降无人机在面对复杂地形起降航拍作业时表现十分突出。目前针对不同的任务有多种不同布局方式的垂直起降式无人机可供选择，一些已被广泛采用的布局有直升机微缩版，四旋翼，倾转翼，倾转旋翼，倾转涵道和尾座式等。然而，直升机类飞行器的前飞时速度较低，难适应短时大范围航拍需求；倾转翼无人机需要机翼倾斜，机械连接机构设计复杂，控制难度较大，同时因为机翼面积较大，悬停时对气流敏感，给海上悬停精细航拍勘测带来不便；倾转旋翼无人机旋翼与机翼之间的气动干扰较大，同时还有较大的工作噪声。涵道风扇式无人机可以获得更高的拉力，同时还能降低工作噪声，涵道还能一定程度隔离工作产生的热，提高飞行器的隐蔽性，增加特种航拍作业适应性。涵道风扇无人机也有多种分类，如共轴双桨涵道式、双涵道式等，与这些布局相比，分布式涵道的冗余度大幅提高，工作安全性得到极大的增强，越来越得到人们的关注。
[0005]例如，有研究人员提出了一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，该无人机为二翼面设计，其鸭翼整体可倾转，机翼为固定翼但后缘襟翼的涵道动力组可随后缘襟翼的倾转改变推力方向，当起飞质量较大时，该无人机需要在机翼上增加涵道数量，一方面使整机尺寸较大，对起降场地要求较高；另一方面使机翼受到更大载荷，对材料的强度要求较高。又例如，有研究人员提出了一种分布式电推进倾转旋翼无人飞行器，其采用三翼面固定翼，前、后机翼均采用两层布置，上、下层机翼各设置有电推进涵道风扇，中机翼主要用于固定翼飞行时产生升力，该飞行器通过前后机翼整体倾转来改变飞行状态，对倾转机构的输出要求高，导致倾转机构的质量较大，对整机性能不利。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种无人飞行器、无人航拍系统及航拍方法，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：本申请的一个方面提供了一种无人飞行器，包括机身、机翼、多个涵道风扇以及倾转机构；所述机翼包括前翼、中翼和尾翼，所述前翼、中翼和尾翼从前至后依次安装在机身上，所述中翼、尾翼、前翼的安装高度依次降低；并且，所述前翼、中翼和尾翼中的每个机翼包括相对于机身轴线对称分布的两个翼面，每一翼面上设有一个涵道风扇组，每一涵道风扇组包括多个所述涵道风扇，且同一机翼上的多个所述涵道风扇相对于机身轴线对称分布，每个机翼内还安装有所述倾转机构，所述倾转机构至少用于调整对应涵道风扇组的倾转角度。
[0008]本申请的另一个方面还提供了一种无人航拍系统，其包括所述的无人飞行器、无线通信模块、影像摄录模块、航拍信息模块、数据存储模块以及控制单元；其中，所述航拍信息模块、无线通信模块和影像摄录模块均设置在所述无人飞行器上；所述控制单元设置于地面站，并通过无线通信模块与所述影像摄录模块及无人飞行器进行信息交互；所述控制单元至少用于控制所述无人飞行器的飞行状态、所述影像摄录模块的工作状态以及对所述影像摄录模块采集的信息进行处理，并将处理后的数据存储至数据存储模块；所述航拍信息模块至少用于在所述影像摄录模块工作时记录对应的航拍工作数据，所述航拍工作数据包括航拍时间、无人飞行器的空间位置信息以及无人飞行器的姿态信息。
[0009]本申请的又一个方面还提供了一种无人航拍方法，所述无人航拍方法基于所述的无人航拍系统实施，并且所述无人航拍方法包括如下步骤：S1：以控制单元确定航拍任务起始点，并为无人飞行器设计飞行路线；S2：在无人飞行器到达航拍任务起始点后，使影像摄录模块开始工作并拍摄所需的影像数据，同时航拍信息模块开始记录对应的航拍工作数据，并将所述影像数据及航拍工作数据通过无线通信模块传达至控制单元，再由控制单元处理所述影像数据以及航拍工作数据以获得需要的图像格式；S3：在航拍任务全部结束后，使影像摄录模块与航拍信息模块停止工作，并使无人飞行器返回规定降落点，并在规定地点垂直降落。
[0010]较之现有技术，本申请技术方案的优点包括：（1）本申请的无人飞行器采用三翼面布局，不同翼面的位置安排和结构设计减小了三排机翼之间的干扰，提高了飞行器的稳定性，并使飞行器全机的气动载荷分布得到显著改善，可以减轻机翼上的气动载荷，有效减轻机翼结构重量。同时，通过在每个机翼后缘安装可倾转的涵道风扇，利用涵道风扇的抽吸效应产生机翼的附加升力，使飞行器可以实现垂直起降和巡航，对起降环境的要求降低，应用范围得到了极大扩展，特别是通过采用前述的涵道风扇布置方式，可以避免单个发动机发生故障导致飞行器失控的问题，提高了飞行器的工作可靠性，且更有利于飞行器的静稳定性设计，提升飞行器的升阻特性，减小相邻机翼上涵道风扇之间的气动干扰；同时，采用涵道风扇的布置，可以提高巡航效率，胜任更大范围的航拍任务。此外，通过在尾翼处安装竖直挡板，还能进一步提高飞行器的飞行稳定
性。
[0011]（2）本申请的无人飞行航拍系统采用所述无人飞行器作为载体，与一般的四旋翼测绘无人机相比，该无人飞行器为基于分布式涵道动力的垂直起降无人机，载重量大，可以搭配更多的机载设备和能量源，更能适应较长距离、较多要求的航拍任务；抗风能力强，受天气影响更小，可以在更多场合下起飞，缩短了任务前等待合适天气的时间，可以更快地推进大面积的航拍任务；配有更多的涵道风扇，运行冗余度高，更适合复杂环境下的测绘工作；不受云高影响，对空中能见度要求较低。尤其是，通过搭载倾斜摄影形式的影像摄录模块，所获得的三维数据可真实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强了三维数据所带来的真实感，弥补了人工模型仿真度低的缺点。
[0012]（3）本申请的无人飞行航拍方法因为是基于所述无人飞行航拍系统实施的，因此具有航拍范围广，受天气及环境限制少等特点。特别是通过使用倾斜摄影的航拍方法，获得的倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据，能同时输出DSM、DOM、DLG等数据成果，在满足传统航空摄影测量的同时获得更多的数据，而且结合倾斜影像批量提取及贴纹理等方式，能够有效地降低城市、海岛等对于垂直面信息要求较高的场景下的三维建模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人飞行器，包括机身和机翼，其特征在于：所述无人飞行器还包括多个涵道风扇以及倾转机构；所述机翼包括前翼、中翼和尾翼，所述前翼、中翼和尾翼从前至后依次安装在机身上，所述中翼、尾翼、前翼的安装高度依次降低；并且，所述前翼、中翼和尾翼中的每个机翼包括相对于机身轴线对称分布的两个翼面，每一翼面上设有一个涵道风扇组，每一涵道风扇组包括多个所述涵道风扇，且同一机翼上的多个所述涵道风扇相对于机身轴线对称分布，每个机翼内还安装有所述倾转机构，所述倾转机构至少用于调整对应涵道风扇组的倾转角度。2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于：所述前翼、中翼和尾翼均为单层结构；和/或，在所述机身的轴向上，所述前翼、中翼和尾翼中相邻机翼的间距在其中任一机翼宽度的1倍以上，以及，在所述机身的高度方向上，所述前翼、中翼和尾翼中相邻机翼的间距在100mm以上；和/或，所述前翼与尾翼的翼展相等，所述中翼的翼展为前翼翼展的2倍以上；和/或，所述涵道风扇安装于相应机翼的后缘部；和/或，所述涵道风扇与相应机翼的襟翼连接，且能随所述襟翼整体倾转，倾转角度为0
°
~90
°
。3.根据权利要求1或2所述的无人飞行器，其特征在于：所述涵道风扇下部与相应机翼的襟翼融合；和/或，所述涵道风扇及所述机翼的上翼面为流线型结构；和/或，设置在同一翼面上的相邻涵道风扇之间采用流线型修型。4.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于：设置在所述前翼上的涵道风扇数量与设置在所述尾翼上的涵道风扇数量相等，设置在所述中翼上的涵道风扇数量为设置在所述前翼上的涵道风扇数量的2倍以上；和/或，所述涵道风扇的直径为机身高度的最大值的1/8~1/10；和/或，所述机身为流线型机身，且机身高度从前向后先逐渐增大再逐渐减小。5.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于：所述无人飞行器还包括两个竖直挡板，两个竖直挡板沿与机身轴线垂直的方向分别固定在尾翼的两端，并相对于机身轴线对称分布；和/或，所述无人飞行器还包括前起降架和后起降架，所述前起降架位于前翼下方并与机身连接，所述后起降架位于中翼下方并与机身连接，且所述后起降架相当于机身轴线对称分布。6.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于：所述无人飞行器在飞行时的动力学方程为：式中：k =1、2、3、4、5、6，为翼面编号；、分别为对应编号的气动部件相对重心的
纵向坐标、垂向坐标；为涵道拉力中心到倾转轴的距离；为第k个翼面后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新民，熊俊辉，韩业鹏，徐茂，方问回，李承佳，俞浪，邱国廷，王继强，陆佳南，孙小康，邸庆龙，胡文晓，
申请(专利权)人：宁波杭州湾新材料研究院，
类型：发明
国别省市：