一种融合型飞行器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种融合型飞行器及其控制方法，本发明专利技术设置有转动式矢量旋翼组和固定机翼组，其中，转动式矢量旋翼组包含若干旋翼机构，而固定机翼组则包含有两个固定机翼，如此，在升降阶段和低空阶段，可利用旋翼机构进行垂直升降，从而可减少飞行器升降阶段所需的空间，基于此，则可适应在复杂的低空环境中使用；而当飞行器需要高速巡航时，可利用旋翼机构和固定机翼相配合进行高速飞行，即利用旋翼机构提供动力，并使用固定翼飞行器的原理进行高速巡航；通过上述设计，本发明专利技术综合了两类飞行器的优点，使得飞行器既能在低空实现垂直升降和灵活控制，又能在高空进行高速巡航，实现长途飞行，由此，其使用适应性相比于传统技术得到了大幅提高。了大幅提高。了大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
一种融合型飞行器及其控制方法


[0001]本专利技术属于飞行器
，具体涉及一种融合型飞行器及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，飞行器主要分为多旋翼飞行器和固定翼飞行器，其中，多旋翼飞行器主要由机身主体、动力系统和控制系统组成，具体的，机架支臂、起落架、任务载荷设备构成了机身主体；电动机、螺旋桨、电池构成了动力系统，也是其旋翼系统；飞控导航设备、机上数据链路构成了控制系统，多旋翼飞行器依靠若干旋翼为飞行提供升力和推进力，且其旋翼大小相同，分布位置对称，可通过调节旋翼转速来灵活实现空中的升降、悬停、前进、旋转等飞行动作；而固定翼飞行器则是由机翼、机身、垂直尾翼、起降系统、动力系统等部分组成，其主要依靠机翼与空气的相对运动产生足够的升力在空中飞行。
[0003]现有的多旋翼飞行器具有操作灵活，可垂直升降的优点，可以适用于复杂低空环境，但是，其航行高度有限、航行速度较低、航程较短，难以适用于高速和长距离巡航的场景；而固定翼飞行器虽然拥有飞行高度高、高航速和高航程的优点，但起降落所需空间大，不适用于在民用复杂环境下使用；基于此，如何提供一种既能够实现垂直升降，又能实现高速巡航的融合型飞行器，以用来满足不同的使用需求，已成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种融合型飞行器及其控制方法，来解决现有飞行器无法同时具备垂直升降、灵活控制以及高速巡航的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，提供了一种融合型飞行器，包括：
[0007]飞行器主体、转动式矢量旋翼组和固定机翼组，其中，所述转动式矢量旋翼组包括若干旋翼机构和若干转动机构，若干旋翼机构均匀分布在所述飞行器主体的两侧，每个旋翼机构分别通过一转动机构与所述飞行器主体连接，且每个转动机构用于驱动对应的旋翼机构相对于飞行器主体对应机体坐标系的x轴和/或y轴做旋转运动，以通过调节对应旋翼机构与机体坐标系的x轴和/或y轴之间的角度，来调整所述飞行器主体的飞行姿态；
[0008]所述固定机翼组包括两个固定机翼，其中，两固定机翼分别安装在所述飞行器主体的两侧，且所述飞行器主体在所述转动式矢量旋翼组的驱动下低空低速飞行，或在所述转动式矢量旋翼组及固定机翼组的驱动下高空高速飞行。
[0009]基于上述公开的内容，本专利技术所提供的融合型飞行器，设置有转动式矢量旋翼组和固定机翼组，其中，转动式矢量旋翼组包含若干旋翼机构，而固定机翼组则包含有两个固定机翼，如此，在升降阶段和低空阶段，可利用旋翼机构进行垂直升降，从而可减少飞行器升降阶段所需的空间，基于此，则可适应在复杂的低空环境中使用；而当飞行器需要高速巡航时，可利用旋翼机构和固定机翼相配合进行高速飞行，即利用旋翼机构提供动力，并使用固定翼飞行器的原理进行高速巡航；通过上述设计，本专利技术采用混合型飞行设计，综合了两
类飞行器的优点，使得飞行器既能在低空实现垂直升降和灵活控制，又能在高空进行高速巡航，实现长途飞行，由此，其使用适应性相比于传统技术得到了大幅提高，适用于大规模应用与推广。
[0010]在一个可能的设计中，任一旋翼机构对应的转动机构包括：第一转动臂和第二转动臂；
[0011]所述第一转动臂与所述第二转动臂转动连接，其中，所述第一转动臂远离所述第二转动臂的一端转动连接所述飞行器主体，所述第二转动臂远离所述第一转动臂的一端转动连接所述任一旋翼机构，且所述第一转动臂沿所述机体坐标系的yz平面转动，所述第二转动臂沿所述机体坐标系的xz平面转动。
[0012]在一个可能的设计中，任一旋翼机构对应的转动机构还包括固定臂、第一舵机和第二舵机；
[0013]所述固定臂的一端固定连接所述飞行器主体，所述固定臂的另一端安装有所述第一舵机，其中，所述第一舵机的驱动端固定连接所述第一转动臂远离所述第二转动臂的一端，所述第一转动臂靠近所述第二转动臂的一端设置有所述第二舵机，且所述第二舵机的驱动端固定连接所述第二转动臂。
[0014]在一个可能的设计中，所述飞行器主体包括有飞行控制器，且任一旋翼机构包括旋翼、电机、调速驱动器和编码器；
[0015]所述电机的驱动端固定连接所述旋翼，所述飞行控制器通过所述调速驱动器电连接所述电机，且所述电机通过所述编码器电连接所述飞行控制器。
[0016]在一个可能的设计中，两固定机翼采用折叠式机翼，且当使用所述转动式矢量旋翼组驱动所述飞行器主体飞行时，两固定机翼处于折叠状态，当使用所述转动式矢量旋翼组及所述固定机翼组的驱动飞行器主体飞行时，两固定机翼处于展开状态。
[0017]第二方面，提供了一种实施例第一方面或第一方面中任意一种可能设计的融合型飞行器的控制方法，包括：
[0018]获取融合型飞行器的控制指令；
[0019]根据所述控制指令，调节每个旋翼机构的旋翼参数，以通过调节各个旋翼机构的旋翼参数，完成对所述融合型飞行器的飞行控制。
[0020]在一个可能的设计中，所述控制指令包括：沿飞行器主体的机体坐标系的x轴方向运动和沿机体坐标系的y轴方向运动；
[0021]其中，根据所述控制指令，调节每个旋翼机构的旋翼参数，包括：
[0022]调节各个旋翼机构与机体坐标系的x轴之间的角度，以在调节后，使所述融合型飞行器沿机体坐标系的x轴方向运动；以及
[0023]调节各个旋翼机构与机体坐标系的y轴之间的角度，以在调节后，使所述融合型飞行器沿机体坐标系的y轴方向运动，其中，融合型飞行器沿机体坐标系的x轴方向或y轴方向运动时，所述飞行器主体保持水平状态。
[0024]在一个可能的设计中，所述控制指令包括：过渡飞行指令，其中，所述过渡飞行指令用于表征所述融合型飞行器从低空低速状态转换为高空高速状态；
[0025]其中，根据所述控制指令，调节每个旋翼机构的旋翼参数，包括：
[0026]获取各个旋翼机构的目标升力和目标水平加速度；
[0027]基于所述目标升力和所述目标水平加速度，并采用如下公式，来调节所述融合型飞行器的在竖直方向上的推进角和水平速度，直至所述融合型飞行器上两固定机翼产生的第一作用力、所有旋翼机构产生的第二作用力以及所述融合型飞行器的重力三者之间达到平衡时为止，以在达到平衡时，完成所述融合型飞行器的过渡飞行控制，其中，所述第一作用力包括两固定机翼产生的第一升力和受到的阻力，所述第二作用力包括所有旋翼机构产生的第二升力和水平推力；
[0028][0029]上述公式(1)中，F
i
表示第i个旋翼机构所产生的目标升力，n表示旋翼机构的总数量，α表示所述融合型飞行器在竖直方向上的推进角，k表示升力系数，表示固定机翼的迎风角，Mg表示融合型飞行器的重力，v
h
表示所述水平速度，a
h
表示目标水平加速度；
[0030]其中，且F
v
表示所有旋翼机构产生的第二升力，F
h
表示所有旋翼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合型飞行器，其特征在于，包括：飞行器主体、转动式矢量旋翼组和固定机翼组，其中，所述转动式矢量旋翼组包括若干旋翼机构(20)和若干转动机构(30)，若干旋翼机构(20)均匀分布在所述飞行器主体的两侧，每个旋翼机构(20)分别通过一转动机构(30)与所述飞行器主体连接，且每个转动机构(30)用于驱动对应的旋翼机构(20)相对于飞行器主体对应机体坐标系的x轴和/或y轴做旋转运动，以通过调节对应旋翼机构(20)与机体坐标系的x轴和/或y轴之间的角度，来调整所述飞行器主体的飞行姿态；所述固定机翼组包括两个固定机翼(40)，其中，两固定机翼(40)分别安装在所述飞行器主体的两侧，且所述飞行器主体在所述转动式矢量旋翼组的驱动下低空低速飞行，或在所述转动式矢量旋翼组及固定机翼组的驱动下高空高速飞行。2.根据权利要求1所述的一种融合型飞行器，其特征在于，任一旋翼机构(20)对应的转动机构(30)包括：第一转动臂(31)和第二转动臂(32)；所述第一转动臂(31)与所述第二转动臂(32)转动连接，其中，所述第一转动臂(31)远离所述第二转动臂(32)的一端转动连接所述飞行器主体，所述第二转动臂(32)远离所述第一转动臂(31)的一端转动连接所述任一旋翼机构(20)，且所述第一转动臂(31)沿所述机体坐标系的yz平面转动，所述第二转动臂(32)沿所述机体坐标系的xz平面转动。3.根据权利要求2所述的一种融合型飞行器，其特征在于，任一旋翼机构(20)对应的转动机构(30)还包括：固定臂(33)、第一舵机和第二舵机；所述固定臂(33)的一端固定连接所述飞行器主体，所述固定臂(33)的另一端安装有所述第一舵机，其中，所述第一舵机的驱动端固定连接所述第一转动臂(31)远离所述第二转动臂(32)的一端，所述第一转动臂(31)靠近所述第二转动臂(32)的一端设置有所述第二舵机，且所述第二舵机的驱动端固定连接所述第二转动臂(32)。4.根据权利要求1所述的一种融合型飞行器，其特征在于，所述飞行器主体包括有飞行控制器，且任一旋翼机构(20)包括旋翼、电机、调速驱动器和编码器；所述电机的驱动端固定连接所述旋翼，所述飞行控制器通过所述调速驱动器电连接所述电机，且所述电机通过所述编码器电连接所述飞行控制器。5.根据权利要求1所述的一种融合型飞行器，其特征在于，两固定机翼(40)采用折叠式机翼，且当使用所述转动式矢量旋翼组驱动所述飞行器主体飞行时，两固定机翼(40)处于折叠状态，当使用所述转动式矢量旋翼组及所述固定机翼组的驱动飞行器主体飞行时，两固定机翼(40)处于展开状态。6.一种权利要求1～5任意一项所述的融合型飞行器的控制方法，其特征在于，包括：获取融合型飞行器的控制指令；根据所述控制指令，调节每个旋翼机构(20)的旋翼参数，以通过调节各个旋翼机构(20)的旋翼参数，完成对所述融合型飞行器的飞行控制。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制指令包括：沿飞行器主体的机体坐标系的x轴方向运动和沿机体坐标系的y轴方向运动；其中，根据所述控制指令，调节每个旋翼机构(20)的旋翼参数，包括：调节各个旋翼机构(20)与机体坐标系的x轴之间的角度，以在调节后，使所述融合型飞行器沿机体坐标系的x轴方向运动；以及
调节各个旋翼机构(20)与机体坐标系的y轴之间的角度，以在调节后，使所述融合型飞行器沿机体坐标系的y轴方向运动，其中，融合型飞行器沿机体坐标系的x轴方向或y轴方向运动时，所述飞行器主体保持水平状态。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制指令包括：过渡飞行指...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭道杰，
申请(专利权)人：彭道杰，
类型：发明
国别省市：