一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统，该无人机系统包括：无人机平台和可控增速装置；所述无人机平台采用多轴旋翼无人机作为基本飞行平台，可进行垂直起降、悬停、前后左右四个方向的质心运动和俯仰、偏航、滚转三个方向的姿态运动；所述可控增速装置安装在无人机平台的底部，可控增速装置包括：伺服平台和推力发生器；伺服平台用于带动推力发生器进行转动，控制推力发生器产生推力的方向；推力发生器在短时间内产生远大于旋翼拉力的推力，用于在短时间内对无人机系统进行增速。本实用新型专利技术能够解决无人机难以在多障碍、强对抗战场环境中运用的问题。强对抗战场环境中运用的问题。强对抗战场环境中运用的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统


[0001]本技术属于无人机系统
，具体涉及一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统。

技术介绍

[0002]旋翼无人机是一种依靠电机/内燃机(绝大多数为电机)驱动旋翼转动产生的动力实现机体运动的无人机。旋翼无人机可以实现垂直起降、悬停、前进后退等多方向运动，具有对起降场地要求低、轨迹变化灵活的优点。相比于固定翼无人机，旋翼无人机更加适用于在城镇这样多障碍环境下的飞行，且悬停飞行是固定翼无人机无法实现的飞行动作。
[0003]但是，旋翼无人机也有性能上的限制，主要是飞行速度不高，由于其旋翼产生的动力需要克服自身重力，分配给其他机动动作的动力有限，多数旋翼无人机的巡航飞行速度在20m/s以下，部分具有较高机动性的旋翼无人机飞行速度在30～40m/s范围内。这种性能上的限制使得旋翼无人机的大多数应用领域被局限于航拍、线路巡检、农业植保等无对抗环境的民用领域及通讯中继等军用领域中的低对抗环境。
[0004]固定翼无人机由于转向灵活性低，难以在多障碍物环境下运用，而传统的旋翼无人机由于飞行速度慢，也难以在这种搞对抗环境中运用。
[0005]综上，针对传统无人机难以在多障碍、强对抗战场环境中运用的问题，需要发展一种既能灵活机动，又具备较强突防、避险能力的无人机系统。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本技术提供了一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统，能够解决无人机难以在多障碍、强对抗战场环境中运用的问题。
[0007]本技术是通过下述技术方案实现的：
[0008]一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统，该无人机系统包括：无人机平台和可控增速装置；
[0009]所述无人机平台采用多轴旋翼无人机作为基本飞行平台，可进行垂直起降、悬停、前后左右四个方向的质心运动和俯仰、偏航、滚转三个方向的姿态运动；
[0010]所述可控增速装置安装在无人机平台的底部，可控增速装置包括：伺服平台和推力发生器；伺服平台用于带动推力发生器进行转动，控制推力发生器产生推力的方向；推力发生器在短时间内产生远大于旋翼拉力的推力，用于在短时间内对无人机系统进行增速。
[0011]进一步的，所述无人机平台包括：机架、电气舱、旋翼、电机及起落架；
[0012]所述机架为平板结构，向外围延伸出四个以上沿圆周方向均匀分布的机臂；每个机臂的下方均连接有一个起落架，每个机臂的上方通过电机连接有一个旋翼；
[0013]所述电气舱固定在机架的平板结构上；所述电气舱内置有电源、飞控计算机、惯性测量组件及信号收发天线，电源用于为所述无人机系统提供电力支撑，惯性测量组件用于测量无人机系统飞行时的加速度和姿态角速度，并发送给飞控计算机，飞控计算机用于根
据所述加速度和姿态角速度计算无人机系统飞行时的速度、位置和姿态角。
[0014]进一步的，所述无人机系统还包括整流罩组件和可变形安定面组件，整流罩组件安装在无人机平台的前端，用于减小无人机系统在高速运动时的气动阻力；可变形安定面组件安装在无人机平台的后端，用于增加无人机系统的飞行稳定性。
[0015]进一步的，所述整流罩组件包括一个机体整流罩和两个旋翼整流罩；
[0016]机体整流罩安装在无人机平台的前端，机体整流罩的迎风面为楔形面；
[0017]每个旋翼整流罩均为扇环形，安装在无人机平台的前端；两个旋翼整流罩分别位于在机体整流罩的两侧，两个旋翼整流罩形成半封闭圆环状结构，该半封闭圆环状结构包围在无人机平台前端的两个旋翼外侧；旋翼整流罩的外壁面加工为斜面。
[0018]进一步的，所述可变形安定面组件包括：安定面支架、推杆电机、连杆机构和柔性安定面；
[0019]安定面支架的主体结构为一圆杆，该圆杆一端设有板状结构，另一端设有固定铰链，固定铰链上设有两个以上的固定铰链环；圆杆上套有一个滑动铰链，该滑动铰链可沿圆杆的轴向进行直线往复运动；滑动铰链上设有两个以上的滑动铰链环；所述固定铰链与滑动铰链通过连杆机构连接；
[0020]每个连杆机构均包含两个连杆，分别为连杆Ⅰ和连杆Ⅱ；连杆Ⅰ两端各有一个铰链环，一端以铰链形式与滑动铰链环连接，另一端以铰链形式与连杆Ⅱ的一端连接，连杆Ⅱ的另一端以铰链形式与安定面支架的固定铰链环连接；
[0021]每个连杆机构的连杆Ⅰ和连杆Ⅱ与安定面支架的圆杆包络形成的三角面均安装有一个柔性安定面；所述柔性安定面连接于连杆Ⅰ和安定面支架的圆杆上；
[0022]所述安定面支架的板状结构与无人机平台的后端面连接；推杆电机安装在所述板状结构上；推杆电机的推杆末端与安定面支架的圆杆上的滑动铰链固连，用于驱动滑动铰链沿圆杆的轴向进行直线往复运动。
[0023]进一步的，所述柔性安定面采用纤维编织材料或高分子材料加工而成。
[0024]进一步的，所述可控增速装置的伺服平台采用二自由度伺服平台；二自由度伺服平台用于带动推力发生器进行垂直和水平方向的转动。
[0025]进一步的，所述可控增速装置的推力发生器采用固体发动机、冷气喷气装置或固液混燃料合发动机。
[0026]进一步的，所述无人机系统的控制方法为：
[0027]该控制方法基于“多旋翼动力+推力”多模控制力输入的动力学模型，本模型为：
[0028][0029]式(1)中，为无人机系统的加速度；分别为无人机系统在滚转、偏航和俯仰三个方向的姿态角加速度；分别为无人机系统在滚转、偏航和俯仰三个方向的姿态角加速度；m为无人机系统的重量；J
x
、J
y
、J
z
分别为无人机系统关于三个惯性主轴的转动惯量；l为无人机系统的轴距；g为重力加速度；U
γ
为滚转通道的控制力，U
ψ
为偏航通道的控制力，U
θ
为俯仰通道的控制力；为干扰力，为干扰力矩；
[0030]式(1)中，为可控增速装置的推力在加速度方向上的投影，具体为：
[0031][0032]式(2)中，P为推力发生器的推力，ε
z
为二自由度伺服云台转动的高低角，ε
y
为二自由度伺服云台转动的方位角；
[0033]式(1)中，为旋翼的推力在三个加速度方向上的投影，具体为：
[0034][0035]式(3)中，U
r
为旋翼产生的垂直于旋翼平面的控制力，γ为滚转角，ψ为偏航角，θ为俯仰角；
[0036]式(1)中，为气动力在加速度方向上的投影，为气动力矩在角加速度方向上的投影，具体为：
[0037][0038]式(4)中，ρ为大气密度，S为迎风面积，L为无人机系统的长度，为无人机系统的气动力系数，为无人机系统的气动力矩系数，为无人机系统的飞行速度；
[0039]控制方法为：当可控增速装置不工作时，无人机系统的位置控制和姿态控制均由旋翼的拉力实现；当可控增速装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统，其特征在于，该无人机系统包括：无人机平台和可控增速装置；所述无人机平台采用多轴旋翼无人机作为基本飞行平台，可进行垂直起降、悬停、前后左右四个方向的质心运动和俯仰、偏航、滚转三个方向的姿态运动；所述可控增速装置安装在无人机平台的底部，可控增速装置包括：伺服平台和推力发生器；伺服平台用于带动推力发生器进行转动，控制推力发生器产生推力的方向；推力发生器在短时间内产生远大于旋翼拉力的推力，用于在短时间内对无人机系统进行增速；其中，所述无人机平台包括：机架、电气舱、旋翼、电机及起落架；所述机架为平板结构，向外围延伸出四个以上沿圆周方向均匀分布的机臂；每个机臂的下方均连接有一个起落架，每个机臂的上方通过电机连接有一个旋翼；所述电气舱固定在机架的平板结构上；所述电气舱内置有电源、飞控计算机、惯性测量组件及信号收发天线，电源用于为所述无人机系统提供电力支撑，惯性测量组件用于测量无人机系统飞行时的加速度和姿态角速度，并发送给飞控计算机，飞控计算机用于根据所述加速度和姿态角速度计算无人机系统飞行时的速度、位置和姿态角；所述可控增速装置的伺服平台采用二自由度伺服平台；二自由度伺服平台用于带动推力发生器进行垂直和水平方向的转动；所述可控增速装置的推力发生器采用固体发动机、冷气喷气装置或固液混燃料合发动机。2.如权利要求1所述的一种基于可控增速装置的变速突防旋翼无人机系统，其特征在于，所述无人机系统还包括整流罩组件和可变形安定面组件，整流罩组件安装在无人机平台的前端，用于减小无人机系统在高速运动时的气动阻力；可变形安定面组件安装在无人机平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：于剑桥，蒋军，王宏斌，陈伟，罗森森，王涛，
申请(专利权)人：北京恒星箭翔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：