CN105109677B - 一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，包括机头、机身、尾翼、机翼，机头的前方设有推进螺旋桨；旋翼杆与机翼通过设有驱动装置的转动装置连接；旋翼杆的上端面为两侧朝中间拱起的山脊状流线曲面，旋翼杆为伸缩杆结构。本发明不仅具有旋翼直升机垂直起降、不受起降场地的限制的特点，也具有固定翼飞机的飞行速度和持久的续航能力；折弯装置、转动装置和滚筒装置的配合作用，使得旋翼杆能折弯、翻转和旋转，从而使得各个螺旋桨在总控制器的控制下能够任意改变方向和角度，飞行更灵活、方便。本发明还公开一种基于固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的控制方法。

Description

一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器及其控制方法。

背景技术

在航空领域常见的飞行器有固定翼飞机和旋翼直升机；固定翼飞机主要靠机翼产生升力平衡飞机重量，其飞行速度快，航程和巡航时间长，但起降距离长，要求高质量的跑道，起降受到地理环境的限制，因而应用收到限制。旋翼直升机可以在狭小的场地垂直起降，不收起降场地的限制，但旋翼效率远不如固定翼飞机的机翼，功耗大，飞行阻力大，因而影响飞行速度以及续航时间；而带有固定翼的旋翼飞机转向时不方便，不灵活，不能快速改变飞行轨迹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器及其控制方法，解决固定翼飞机受起降场地限制和旋翼直升机存在飞行速度慢、续航时间短的缺陷及飞行时转向不灵活、不方便的问题。

为实现上述目的，本发明所设计的一种固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，包括机头、机身、及设于所述机身尾部的尾翼、及设于所述机身的下方的起落架、及设于所述机身两侧的机翼，所述机头的前方设有推进螺旋桨，所述机头或机身的内部设有总控制器；两个所述机翼的末端分别设有两端远离所述机翼和/或所述机身的旋翼杆；所述旋翼杆与所述机翼通过设有驱动装置的转动装置连接；所述旋翼杆的上端面为两侧朝中间拱起的山脊状流线曲面，所述旋翼杆为伸缩杆结构；两根左侧的所述旋翼杆被所左侧的述转动装置分割为左前旋翼杆、左后旋翼杆，右侧的所述旋翼杆被右侧的所述转动装置分割为右前旋翼杆和右后旋翼杆；所述左前旋翼杆的末端设有左前电动机和设于所述左前电动机的轴上的左前螺旋桨，所述左后旋翼杆的末端设有左后电动机和设于所述左后电动机的轴上的左后螺旋桨；所述右前旋翼杆的末端设有右前电动机和设于所述右前电动机的轴上的右前螺旋桨，所述右后旋翼杆的末端设有右后电动机和设于所述右后电动机的轴上的右后螺旋桨。

进一步，所述左前螺旋桨与所述右后螺旋桨的转动方向相同，所述左前螺旋桨与所述左后螺旋桨、右前螺旋桨的转动方向相反；所述左后螺旋桨与所述右前螺旋桨的转动方向相同。

上述进一步方案的有益效果是：提高飞行器在旋翼飞行模式下的飞行稳定性，抗风性强。

进一步，所述左前旋翼杆在所述机翼与所述左前电动机之间设有用于将所述左前螺旋桨旋转到与所述推进螺旋桨平行的左前折弯装置；所述左后旋翼杆在所述机翼与所述左后电动机之间设有用于将所述左后螺旋桨旋转到与所述推进螺旋桨平行的左后折弯装置；所述右前旋翼杆在所述机翼与所述右前电动机之间设有用于将所述右前螺旋桨旋转到与所述推进螺旋桨平行的右前折弯装置；所述右后旋翼杆在所述机翼与所述右后电动机之间设有用于将所述右后螺旋桨旋转到与所述推进螺旋桨平行的右后折弯装置；所述左前折弯装置、左后折弯装置、右前折弯装置、右后折弯装置与所述总控制器连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过左前、左后、右前、右后折弯装置将左前、左后、右前、右后螺旋桨旋转到与推进螺旋桨平行，此时左前、左后、右前、右后螺旋桨和推进螺旋桨共同工作，使得飞行器在固定翼飞行模式下时的飞行速度更快。

进一步，所述左前折弯装置与所述左前电动机之间的距离等于所述右前折弯装置与所述右前电动机之间的距离；所述左后折弯装置与所述左后电动机之间的距离等于所述右后折弯装置与所述右后电动机之间的距离。

上述进一步方案的有益效果是：保证飞行器在固定翼飞行模式下的飞行稳定性。

进一步，所述驱动装置包括电机和齿轮组；所述转动装置包括套筒和设于所述套筒内与所述套筒固定的转轴；所述套筒为三通管状的管体，所述套筒的直通管套紧所述旋翼杆，所述套筒的垂直管的末端通过转动轴承与所述机翼的末端固定；所述转轴水平且垂直于所述机翼的末端，所述转轴的一端与所述驱动装置连接，另一端通过所述轴承与所述套筒的垂直管固定连接。

进一步，所述驱动装置包括电机和齿轮组；所述转动装置包括套筒和设于所述套筒内与所述套筒固定的转轴；所述套筒为三通管状的管体，所述套筒的直通管套紧所述旋翼杆，所述套筒的垂直管的末端通过转动轴承与所述机翼的末端固定；所述转轴水平且垂直于所述机翼的末端，所述转轴的一端与所述驱动装置连接，另一端通过所述轴承与所述套筒的垂直管固定连接。

所述直通管的两端分别同轴设有一个滚筒装置；所述旋翼杆通过所述滚筒装置的两端，所述旋翼杆在所述滚筒装置内分为转动节和非转动节两段，其中所述转动节相对所述滚筒装置同轴转动连接，所述非转动节与所述滚筒装置固定连接；所述滚筒装置上还设有用于驱动所述转动节相对所述滚筒装置同轴转动的动力装置；所述动力装置与所述总控制器连接。

进一步，所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨的内部设有加强筋。

上述进一步方案的有益效果是：防止飞行过程中螺旋桨被折断，特别是在旋翼飞行模式与固定翼飞行模式相互转换的过程中，左前螺旋桨、右前螺旋桨受到的扭力增大。

进一步，所述左前螺旋桨与所述右后螺旋桨之间的连线和所述左后螺旋桨与所述右前螺旋桨之间的连线的交点与飞行器的重心重合。

本发明的有益效果是：不仅具有旋翼直升机垂直起降、不受起降场地的限制的特点，也具有固定翼飞机的飞行速度和持久的续航能力；折弯装置、转动装置和滚筒装置的配合作用，使得旋翼杆能折弯、翻转和旋转，从而使得各个螺旋桨在总控制器的控制下能够任意改变方向和角度，飞行更灵活、方便。

本发明还公开一种基于上述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的控制方法，其包括如下步骤：

步骤1、控制所述左前折弯装置、左后折弯装置、右前折弯装置、右后折弯装置使得所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨为水平方向，再启动所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨，使其为整个所述机身提供向上的升力；

步骤2、当整个所述机身上升到预设的高度，启动所述推进螺旋桨，并控制所述左前折弯装置、左后折弯装置、右前折弯装置、右后折弯装置以预设速度转动使得所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨为垂直方向，所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨为整个所述机身提供向前的升力；

步骤3、控制所述左前折弯装置、左后折弯装置、右前折弯装置、右后折弯装置恢复步骤1中的状态，再关闭所述推进螺旋桨，最后对所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨减速，当时所述机身落地时，关闭所述左前螺旋桨、左后螺旋桨、右前螺旋桨、右后螺旋桨。

附图说明

图1为本发明固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器在固定翼飞行模式下的结构示意图。

图2为本发明固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器在旋翼飞行模式下的结构示意图。

图3为本发明固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的旋翼杆的结构示意图。

图4为本发明固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的旋翼杆的横截面剖视图。

图中1、机头；2、机身；3、尾翼；4、机翼；5、推进螺旋桨；6、旋翼杆；61、左前旋翼杆；611、左前电动机；612、左前螺旋桨；613、左前折弯装置；62、左后旋翼杆；621、左后电动机；622、左后螺旋桨；623、左后折弯装置；63、右前旋翼杆；631、右前电动机；632、右前螺旋桨；633、右前折弯装置；64、右后旋翼杆；641、右后电动机；642、右后螺旋桨；643、右后折弯装置；7、转动装置；8、滚筒装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、图2、图3、图4所示，一种固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，包括机头1、机身2、及设于机身2尾部的尾翼3、及设于机身2的下方的起落架、及设于机身2两侧的机翼4，机头1的前方设有推进螺旋桨5，机头1或机身2的内部设有总控制器；两个机翼4的末端分别设有两端远离机翼4和/或机身2的旋翼杆6；旋翼杆6与机翼4通过设有驱动装置的转动装置7连接；驱动装置和转动装置7与总控制器连接；旋翼杆6的上端面为两侧朝中间拱起的山脊状流线曲面，旋翼杆6为伸缩杆结构；两根旋翼杆6被转动装置7分割为左前旋翼杆61、左后旋翼杆62、右前旋翼杆63和右后旋翼杆64，根据附图1很容易得出两根旋翼杆6为设置在机身2左侧的旋翼杆6和设置在机身2右侧的旋翼杆6，左侧的旋翼杆6被左侧的转动装置7分割为左前旋翼杆61、左后旋翼杆62，右侧的旋翼杆6被右侧的转动装置7分割为右前旋翼杆63和右后旋翼杆64；左前旋翼杆61的末端设有左前电动机611和设于左前电动机611的轴上的左前螺旋桨612，左后旋翼杆62的末端设有左后电动机621和设于左后电动机621的轴上的左后螺旋桨622；右前旋翼杆63的末端端设有右前电动机631和设于右前电动机631的轴上的右前螺旋桨632，右后旋翼杆64的末端设有右后电动机641和设于右后电动机641的轴上的右后螺旋桨642。

左前螺旋桨612与右后螺旋桨642的转动方向相同，左前螺旋桨612与左后螺旋桨622、右前螺旋桨632的转动方向相反；左后螺旋桨622与右前螺旋桨632的转动方向相同。

左前旋翼杆61在机翼4与左前电动机611之间设有用于将左前螺旋桨612旋转到与推进螺旋桨5平行的左前折弯装置613；左后旋翼杆62在机翼4与左后电动机621之间设有用于将左后螺旋桨622旋转到与推进螺旋桨5平行的左后折弯装置623；右前旋翼杆63在机翼4与右前电动机631之间设有用于将右前螺旋桨632旋转到与推进螺旋桨5平行的右前折弯装置633；右后旋翼杆64在机翼4与右后电动机641之间设有用于将右后螺旋桨642旋转到与推进螺旋桨5平行的右后折弯装置643；左前折弯装置613、左后折弯装置623、右前折弯装置633、右后折弯装置643与总控制器连接。

左前折弯装置613与左前电动机611之间的距离等于右前折弯装置633与右前电动机631之间的距离；左后折弯装置623与左后电动机621之间的距离等于右后折弯装置643与右后电动机641之间的距离。

驱动装置包括电机和齿轮组；转动装置7包括套筒和设于套筒内与套筒固定的转轴；套筒为三通管状的管体，套筒的直通管套紧旋翼杆6，套筒的垂直管的末端通过转动轴承与机翼4的末端固定；转轴水平且垂直于机翼4的末端，转轴的一端与驱动装置连接，另一端通过轴承与套筒的垂直管固定连接。

直通管的两端分别同轴设有一个滚筒装置8；旋翼杆6通过滚筒装置8的两端，旋翼杆6在滚筒装置8内分为转动节和非转动节两段，其中转动节相对滚筒装置8同轴转动连接，非转动节与滚筒装置8固定连接；滚筒装置8上还设有用于驱动转动节相对滚筒装置8同轴转动的动力装置；动力装置与总控制器连接。

左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642的内部设有加强筋。左前螺旋桨612与右后螺旋桨642之间的连线和左后螺旋桨622与右前螺旋桨632之间的连线的交点与飞行器的重心重合。

本发明还公布一种基于上述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的控制方法，其包括如下步骤：

步骤1、控制所述左前折弯装置613、左后折弯装置623、右前折弯装置633、右后折弯装置643使得所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642为水平方向，再启动所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642，使其为整个所述机身2提供向上的升力；

步骤2、当整个所述机身2上升到预设的高度，启动所述推进螺旋桨5，并控制所述左前折弯装置613、左后折弯装置623、右前折弯装置633、右后折弯装置643以预设速度转动使得所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642为垂直方向，所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642为整个所述机身2提供向前的升力；

步骤3、控制所述左前折弯装置613、左后折弯装置623、右前折弯装置633、右后折弯装置643恢复步骤1中的状态，再关闭所述推进螺旋桨5，最后对所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642减速，当时所述机身2落地时，关闭所述左前螺旋桨612、左后螺旋桨622、右前螺旋桨632、右后螺旋桨642。

进一步：步骤2中的所述预设速度的大小与所述推进螺旋桨5的加速度的大小成正比。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，包括机头(1)、机身(2)、及设于所述机身(2)尾部的尾翼(3)、及设于所述机身(2)的下方的起落架、及设于所述机身(2)两侧的机翼(4)，其特征在于：所述机头(1)的前方设有推进螺旋桨(5)，所述机头(1)或机身(2)的内部设有总控制器；两个所述机翼(4)的末端分别设有两端远离所述机翼(4)和/或所述机身(2)的旋翼杆(6)；所述旋翼杆(6)与所述机翼(4)通过设有驱动装置的转动装置(7)连接；所述旋翼杆(6)的上端面为两侧朝中间拱起的山脊状流线曲面，所述旋翼杆(6)为伸缩杆结构；左侧的所述旋翼杆(6)被左侧的所述转动装置(7)分割为左前旋翼杆(61)、左后旋翼杆(62)，右侧的所述旋翼杆(6)被右侧的所述转动装置(7)分割为右前旋翼杆(63)和右后旋翼杆(64)；所述左前旋翼杆(61)的末端设有左前电动机(611)和设于所述左前电动机(611)的轴上的左前螺旋桨(612)，所述左后旋翼杆(62)的末端设有左后电动机(621)和设于所述左后电动机(621)的轴上的左后螺旋桨(622)；所述右前旋翼杆(63)的末端设有右前电动机(631)和设于所述右前电动机(631)的轴上的右前螺旋桨(632)，所述右后旋翼杆(64)的末端设有右后电动机(641)和设于所述右后电动机(641)的轴上的右后螺旋桨(642)。

2.根据权利要求1所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述左前螺旋桨(612)与所述右后螺旋桨(642)的转动方向相同，所述左前螺旋桨(612)与所述左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)的转动方向相反；所述左后螺旋桨(622)与所述右前螺旋桨(632)的转动方向相同。

3.根据权利要求1所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)的内部设有加强筋。

4.根据权利要求1至3任一项所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述驱动装置包括电机和齿轮组；所述转动装置(7)包括套筒和设于所述套筒内与所述套筒固定的转轴；所述套筒为三通管状的管体，所述套筒的直通管套紧所述旋翼杆(6)，所述套筒的垂直管的末端通过转动轴承与所述机翼(4)的末端固定；所述转轴水平且垂直于所述机翼(4)的末端，所述转轴的一端与所述驱动装置连接，另一端通过所述轴承与所述套筒的垂直管固定连接。

5.根据权利要求4所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述直通管的两端分别同轴设有一个滚筒装置(8)；所述旋翼杆(6)通过所述滚筒装置(8)的两端，所述旋翼杆(6)在所述滚筒装置(8)内分为转动节和非转动节两段，其中所述转动节相对所述滚筒装置(8)同轴转动连接，所述非转动节与所述滚筒装置(8)固定连接；所述滚筒装置(8)上还设有用于驱动所述转动节相对所述滚筒装置(8)同轴转动的动力装置；所述动力装置与所述总控制器连接。

6.根据权利要求1至3任一项所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述左前旋翼杆(61)在所述机翼(4)与所述左前电动机(611)之间设有用于将所述左前螺旋桨(612)旋转到与所述推进螺旋桨(5)平行的左前折弯装置(613)；所述左后旋翼杆(62)在所述机翼(4)与所述左后电动机(621)之间设有用于将所述左后螺旋桨(622)旋转到与所述推进螺旋桨(5)平行的左后折弯装置(623)；所述右前旋翼杆(63)在所述机翼(4)与所述右前电动机(631)之间设有用于将所述右前螺旋桨(632)旋转到与所述推进螺旋桨(5)平行的右前折弯装置(633)；所述右后旋翼杆(64)在所述机翼(4)与所述右后电动机(641)之间设有用于将所述右后螺旋桨(642)旋转到与所述推进螺旋桨(5)平行的右后折弯装置(643)；所述左前折弯装置(613)、左后折弯装置(623)、右前折弯装置(633)、右后折弯装置(643)与所述总控制器连接。

7.根据权利要求6所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于：所述左前折弯装置(613)与所述左前电动机(611)之间的距离等于所述右前折弯装置(633)与所述右前电动机(631)之间的距离；所述左后折弯装置(623)与所述左后电动机(621)之间的距离等于所述右后折弯装置(643)与所述右后电动机(641)之间的距离。

8.一种基于权利要求6或7所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、控制所述左前折弯装置(613)、左后折弯装置(623)、右前折弯装置(633)、右后折弯装置(643)使得所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)为水平方向，再启动所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)，使其为整个所述机身(2)提供向上的升力；

步骤2、当整个所述机身(2)上升到预设的高度，启动所述推进螺旋桨(5)，并控制所述左前折弯装置(613)、左后折弯装置(623)、右前折弯装置(633)、右后折弯装置(643)以预设速度转动使得所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)为垂直方向，所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)为整个所述机身(2)提供向前的升力；

步骤3、控制所述左前折弯装置(613)、左后折弯装置(623)、右前折弯装置(633)、右后折弯装置(643)恢复步骤1中的状态，再关闭所述推进螺旋桨(5)，最后对所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)减速，当时所述机身(2)落地时，关闭所述左前螺旋桨(612)、左后螺旋桨(622)、右前螺旋桨(632)、右后螺旋桨(642)。

9.根据权利要求8所述的固定翼与可变形的电动多旋翼组成的复合飞行器的控制方法，其特征在于：所述预设速度的大小与所述推进螺旋桨(5)的加速度的大小成正比。