CN103019243B - 基于贯流风机的自动导航飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于贯流风机的自动导航飞行器。本发明包括基于贯流风机的飞行器，所述基于贯流风机的飞行器包括主机机架、四组固定柱、四组风道、四台无刷电机、四组叶轮、四组支撑柱，四组风道分别通过固定柱以主机机架中心点对称安装于机架平面上侧，四组支撑柱以主机机架中心点对称直立安装于机架平面下侧，四组叶轮分别安装于相应风道内侧，并且分别与四台无刷电机共轴相连，通过固定柱与主机机架相连接，组成贯流风机。主机机架设有控制平台，所述控制平台上设置有机载飞行控制单元和供电电源。本发明能够实现无人控制下的自动导航飞行，可无线调整飞行参数及获取机体飞行数据。

Description

基于贯流风机的自动导航飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其是一种基于贯流风机的自动导航飞行器。

背景技术

无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。它的研制成功和战场运用，揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章。

与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国的关注。在现代战争中，无人驾驶飞机以其准确、高效和灵便的侦察、干扰、欺骗、搜索、校射及在非正规条件下作战等多种作战能力，发挥着显著的作用，并引发了层出不穷的军事学术、装备技术等相关问题的研究。

四轴飞行器是一种常见的多旋翼飞行器，通过支撑臂连接四个旋翼，并且分为两组，互为正反桨，每组两个旋翼旋向相同，但两组旋翼旋向相反，以此抵消其对机体产生的扭力矩，保持机体平衡，旋翼转速的改变能够改变升力，进而决定飞行器的空中姿态和移动位置，正因为其灵活的运动能力、较强的抗风性能、紧凑的设计结构，能够在狭小闭塞或复杂的人力难以抵达的地形环境中完成行动任务。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种针对现有基于贯流风机的自动导航无人飞行器，采用在动力性和稳定性更有优势的贯流风机作为驱动方式，将装载高精度、低功耗导航定位系统，实现无人控制的自主导航飞行，并可无线调整飞行参数及获取机体飞行数据。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

基于贯流风机的自动导航飞行器，包括基于贯流风机的飞行器，所述基于贯流风机的飞行器包括主机机架、四组固定柱、四组风道、四台无刷电机、四组叶轮、四组支撑柱，所述四组风道分别通过固定柱以主机机架中心点对称安装于机架平面上侧，所述四组支撑柱以主机机架中心点对称直立安装于机架平面下侧，与机架所处平面呈90度夹角，所述四组叶轮分别安装于相应风道内侧，并且分别与四台无刷电机共轴相连，通过固定柱与主机机架相连接，组成贯流风机，相邻的贯流风机处于同一平面且相互之间的夹角为90°。

所述主机机架设有控制平台，所述控制平台上设置有机载飞行控制单元和供电电源；所述机载飞行控制单元包括微控制器、三轴陀螺仪、三轴倾角传感器、用于测量飞行高度的数字气压传感器、用于确定航向的数字罗盘和用于导航定位的GPS导航定位芯片。其中，三轴陀螺仪和三轴倾角传感器将飞行器的空中运动姿态信号传输到微控制器，信号数据经过平衡控制算法处理后，微控制器调整四台无刷电机的转速，使得相应方向电机的转速增加或减少从而保持飞行器的平衡，数字气压传感器每隔一定时间采集飞行高度数据，当飞行器升高至预定飞行高度时，可配合三轴陀螺仪和三轴倾角传感器，令飞行器在指定高度移动或悬停作业。

所述的机载飞行控制单元还通过无线收发模块与地面控制中心进行通讯。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明采用以基于贯流风机为驱动方式的四轴飞行器作为基本设备载体，通过高精度、低功耗的数字罗盘和GPS导航定位芯片，能够实现无人控制下的自动导航飞行，可无线调整飞行参数及获取机体飞行数据。

贯流风机相较于传统旋翼，在动力性和稳定性方面有更大提升，并且避免了机体空中自旋问题，使得航向控制，空中姿态调整更为自如。

飞行器通过机载飞行控制单元能够实现两种控制模式飞行：无人自动导航和地面手动遥控，而且控制模式可以高效，灵活地随时转换，当特殊电磁环境引起导航定位不准，机体反馈数据受干扰时，可调为手动遥控，保证飞行器飞行控制。

本飞行器的地面控制中心可实时监控飞行状态数据，根据具体飞行环境，通过无线数据收发模块调整飞行器控制参数，保证飞行过程鲁棒性。

本发明集机身姿态控制、飞行高度检测、航向校准、自动导航定位、无线收发等功能于一体，机体飞行具有可靠稳定性与操控性，结构紧凑、设计合理，并保留通用扩展接口，具有良好应用价值和使用前景。

附图说明

为了更清楚说明本发明的技术方案和设计优点，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，其中：

图1为本发明的飞行器的结构俯视图；

图2为飞行器的侧视图；

图3为飞行器机载飞行控制单元各元件布置图；

图4为飞行控制单元各元件连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明的基于贯流风机的自动导航飞行器，包括基于贯流风机的飞行器，飞行器包括主机机架1、四组固定柱2、四组风道3、四台无刷电机4、四组叶轮5、四组支撑柱6，四组风道3分别通过固定柱2以主机机架1中心点对称安装于机架平面上侧，四组支撑柱6以主机机架1中心点对称直立安装于机架平面下侧，与机架所处平面呈90度夹角，四组叶轮5分别安装于相应风道3内侧，并且分别与四台无刷电机4共轴相连，通过固定柱2与主机机架相连接，组成贯流风机。贯流风机根据其长度分为两组，分别对应安装于矩形的长边与短边，各相邻两风机处于同一平面且相互之间的夹角为90o。

如图2和3所示，本发明的技术方案中，机载飞行控制单元通过安装平台设置于主机机架1上，所述机载飞行控制单元包括微控制器7、三轴陀螺仪8、三轴倾角传感器9、用于测量飞行高度的数字气压传感器10、用于确定航向的数字罗盘11和用于导航定位的GPS导航定位芯片12。其中，三轴陀螺仪8和三轴倾角传感器9将飞行器的空中运动姿态信号传输到微控制器7，信号数据经过平衡控制算法处理后，微控制器7调整四台无刷电机的转速，使得相应方向电机的转速增加或减少从而保持飞行器的平衡，数字气压传感器10每隔一定时间采集飞行高度数据，当飞行器升高至预定飞行高度时，可配合三轴陀螺仪8和三轴倾角传感器9，令飞行器在指定高度移动或悬停作业；

飞行器还搭载有数字罗盘11和GPS导航定位芯片12，通过两者的协同工作，可使飞行器按照既定规划的航线无人控制自动飞行。

如图4所示，可清楚表示机载飞行控制单元各元器件之间以及与之配合工作的地面控制中心的连接关系，机载飞行控制单元和地面控制中心组成无人导航飞行控制系统，能够控制整个飞行器的姿态控制、飞行、悬停、定位和导航，地面控制中心包括控制微机13、无线数据收发模块14和遥控器15。机载飞行控制单元通过无线数据收发模块14实时发送飞行器在飞行过程中的各类数据，控制微机13实时接收并显示所得到的数据，如供电电池电压、电量、姿态、方向、高度、位置、飞行时间、飞行路程、与起点距离、电机转速、GPS信号状态等关键信息，并根据具体情况发出相应控制命令。

基于贯流风机的自动导航无人飞行器供电电源16采用聚合物锂电池供电，由于聚合物锂电池的安全性能，相较于传统镍镉电池或氢电池更好，例如重量轻，容量大，放电特性理想，内阻小等，特别适合飞行器的大电流供应。

最后说明，以上描述仅用以说明本发明的技术方案而非限制其所包含范围，即对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而并未脱离其目的和范围的，均应涵盖于本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.基于贯流风机的自动导航飞行器，包括基于贯流风机的飞行器，其特征在于：所述基于贯流风机的飞行器包括主机机架、四组固定柱、四组风道、四台无刷电机、四组叶轮、四组支撑柱，所述四组风道分别通过固定柱以主机机架中心点对称安装于机架平面上侧，所述四组支撑柱以主机机架中心点对称直立安装于机架平面下侧，与机架所处平面呈90度夹角，所述四组叶轮分别安装于相应风道内侧，并且分别与四台无刷电机共轴相连，通过固定柱与主机机架相连接，组成贯流风机，相邻的贯流风机处于同一平面且相互之间的夹角为90o；

所述主机机架设有控制平台，所述控制平台上设置有机载飞行控制单元和供电电源；所述机载飞行控制单元包括微控制器、三轴陀螺仪、三轴倾角传感器、用于测量飞行高度的数字气压传感器、用于确定航向的数字罗盘和用于导航定位的GPS导航定位芯片；其中，三轴陀螺仪和三轴倾角传感器将飞行器的空中运动姿态信号传输到微控制器，信号数据经过平衡控制算法处理后，微控制器调整四台无刷电机的转速，使得相应方向电机的转速增加或减少从而保持飞行器的平衡，数字气压传感器每隔一定时间采集飞行高度数据，当飞行器升高至预定飞行高度时，可配合三轴陀螺仪和三轴倾角传感器，令飞行器在指定高度移动或悬停作业；

所述的机载飞行控制单元还通过无线收发模块与地面控制中心进行通讯。