CN105857611A - 一种延长飞行时间的无人机装置及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人机领域，本发明提供一种延长飞行时间的无人机装置及实施方法，本发明的延长飞行时间的无人机装置包括机体和布置于机体内的主控单元，所述机体周围还安装有辅助螺旋桨和气囊装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面方向可调，所述气囊装置布置于无人机机体结构上方，其内部为用于充斥比空气密度小的轻密度气体的空腔，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体的排气阀门。本装置使无人机从起飞到准备降落的过程中，只消耗较少的机载能源，可以延长飞行时间，从而提升了无人机的作业效率。

Description

一种延长飞行时间的无人机装置及实施方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种延长飞行时间的无人机装置及实施方法。

背景技术

无人机又称为无人驾驶飞机、远程遥控或自巡航飞机，是一种成本低、损耗小、机动性高的可携带负载飞行器，已被广泛应用于军事、科研、民用等多种领域。在军事领域，无人机可应用于敌情侦查、通讯中继、早期预警、靶机训练等，甚至可直接组成无人机编队进行对敌作战；在科研领域，可用于飞行试验的验证、新设备及新方案的可行性模拟评估、航拍图像的获取、恶劣环境下的取样及条件监测等；在民用领域，无人机可用于农业墒情监测、农业施肥、灾情分析、工程监理、电网线路巡视等。在一些实际应用中，无人机技术已经取得了相当好的成果，人们已逐渐认识到它的巨大潜力与作用。

四旋翼无人机作为无人机的一种，通过安装在十字形机架结构四个顶端的主螺旋桨，产生气动力，无人机上设置有主控单元，主控单元将监测系统测得的无人机飞行状态换算成系统调节量。在无人机飞行过程中，通过主控单元调整主螺旋桨的转速，控制四翼无人机的飞行动作，实现垂直起降、自由悬停、 前进、倒退、超低空飞行等多种空中姿态。如图1所示，四个主螺旋桨处在同一高度平面，第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3逆时针旋转，第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4顺时针旋转，通过改变不同主螺旋桨的转速，即可实现对四翼无人机飞行姿态的控制。四旋翼无人机以其新颖的外形及紧凑的结构，被认为是一种最简单、最直观的稳定控制形式。

这种无人机技术虽具有研发成本低、可实施性强、使用范围广、操作要求低等优点，但无人机在进行重负荷条件下飞行作业时，螺旋桨在垂直方向上所提供的拉力不仅要克服无人机自身的重力，而且还要克服其负载的重力。由于无人机自身的机载能源有限，在无人机搭载有重负荷条件下会较快消耗完机载能源，难以完成长时间大范围的飞行作业任务。无人机需要来回折返不断地补充机载能源或进行多次搭载完成作业任务，这严重影响了无人机的作业效率，对无人机的推广使用和提高经济效益造成了较大负面影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的由于无人机自身的机载能源有限，在重负荷条件下无人机会很快消耗完机载能源，难以进行长时间大范围的飞行作业任务，从而导致无人机作业效率低下的问题，提供一种用于无人机延长飞行时间的无人机装置及实施方法，该无人机装置通过设置气囊装置使无人机从开始起飞到开始降落的过程中，主要借助空气的浮力来实现飞行作业任务，只消耗较少的机载能源，从而使无人机长时间处于飞行作业状态，提升了无人机的作业效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种延长飞行时间的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，所述机体周围还安装有辅助螺旋桨和气囊装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面方向可调，所述气囊装置为布置于无人机机体结构上方，其内部为用于充斥比空气密度小的轻密度气体的空腔，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体的排气阀门，用于排放气囊装置中的气体。

当无人机在重负荷条件下起飞时，通过向气囊装置内部空腔充斥轻密度气体，使气囊装置充气后借助空气的浮力为无人机提供向上的拉力，同时主螺旋桨以较低的转速进行旋转，产生一定向上的拉力，主螺旋桨和气囊装置同时为无人机提供向上的拉力，一起克服无人机的自身重力及搭载载荷的重力，辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，为无人机提供水平方向上的作用力，用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量，使无人机平稳上升。当无人机上升到一定高度后，通过主控单元调整主螺旋桨的转速，使无人机在预设高度开展作业，主螺旋桨只需要消耗极少的机载能源来调节无人机的在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨消耗较少的机载能源来控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时消除在水平方向上受到的环境干扰。采取这种结构的无人机，降低了对机载能源的消耗速度，延长了无人机的作业时间，使无人机在较长时间内持续处于理想的工作状态，避免了无人机来回折返不断地补充机载能源或进行多次搭载，从而达到提高无人机工作效率的目的。当无人机作业一段时间后，其搭载的负荷载荷减轻，无人机受到气囊装置的拉力会大于其自身的重力和搭载载荷的重力，无人机的作业高度会继续上升，当主螺旋桨停止提供向上的拉力后无人机的高度仍在上升时，通过排气装置释放气囊装置中的气体，降低为无人机提供的拉力，使无人机受到的作用力始终处于相对平衡状态，采取这种方式，只需要主螺旋桨提供较小作用力来进行调节，使无人机保持在一定高度持续作业。

优选的，所述无人机装置上还设有用于测量无人机高度、速度及加速度的感应器件，所述感应器件与主控单元连接。主控单元将感应器件测得的无人机飞行状态换算成系统调节，通过设置在无人机上的感应器件，可以将无人机高度、速度和加速度等飞行状态参数及时反馈至主控单元，通过主控单元换算成系统调节量，再通过调整主螺旋桨的转速使其提供的作用力发生改变，让无人机的高度、速度和加速度得到及时调整，使无人机正常飞行。

优选的，所述排气阀门连接有自动控制装置，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将排气阀门及时打开或关闭。无人机通过主控单元对感应器件测得的数据及时分析、计算，并换算成调整参数，自动控制装置根据主控单元传递的调整参数及时对无人机的飞行状态进行调整，当无人机的高度超过设定高度时，自动控制装置根据反馈的信号将排气阀门打开，从而释放气囊装置内的部分气体，阻止无人机偏离预设的高度，同时根据感应器件测得的速度和加速度数值，及时调整无人机在垂直方向上的速度和加速度，使无人机平稳飞行。

优选的，所述气囊装置上还连接有用于为气囊装置供气的气体反应装置，所述气体反应装置为连接有进料口和供气口的密闭容器，其内装设有反应原料，反应原料通过进料口进入反应容器，所述进料口串联式连接有两个进料阀门。反应原料从进料口进入到密闭容器，进料口连接密闭容器的通道上串联式连接有两个阀门，分别为布置于进料口侧的第一进料阀门和布置于反应容器侧的第二进料阀门，反应原料进入密闭容器进行反应后产生轻密度气体，气体通过与反应容器内部相通的供气口输送到气囊装置，密闭容器为反应原料提供进行化学反应的场所，进料阀门可有效防止气体反应装置内生成的气体外泄，通过气体反应装置向气囊提供轻密度气体，在供气口上连接有供气阀门，可根据需要向气囊装置供应适量轻密度气体。

设置气体反应装置，可以及时向气囊装置补充轻密度气体，从而保持飞行状态，无人机在飞行过程中，经常会根据作业指令不断上升或下降，同时为了躲避障碍物，无人机也会重复出现上升和下降，无人机在需要下降时，通过排气装置释放部分气体即可，同时设置气体反应装置，可以在无人机需要再次上升时，通过气体反应装置生成气体后及时向气囊装置内进行补充，使无人机在重负荷状态下轻易上升，避免对机载能源的巨大消耗，从而起到延长作业时间，提高工作效率的目的。

优选的，所述气体反应装置向气囊装置输送气体的通道上连接有供气阀门，所述供气阀门通过自动控制装置进行控制，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将供气阀门及时打开或关闭。通过感应器所测得的无人机的高度、速度及加速度数值，通过主控单元换算成调节量并启动自动控制装置来实现对阀门的自动开启和自动闭合，保证无人机在起飞时，及时打开供气阀门，使气体反应装置中的气体充斥到气囊装置中，使无人机上升到作业高度，当无人机的作业高度继续上升达到预设飞行高度时，再通过自动控制装置关闭供气阀门，使无人机保持在一定高度进行作业。

优选的，所述气囊装置为体积随气体量和气体压力变化的伸缩装置，所述伸缩装置的材料为柔性织物。使用尼龙纤维等柔性织物作为气囊装置具有较大的使用优势，作为提供动力来源的装置，气囊装置连接着无人机漂浮在空中，当供气装置向气囊装置供气时，气囊装置借助空气的浮力向无人机提供向上的拉力，与无人机主螺旋桨一起克服无人机的重力及负载的重力。

优选的，所述辅助螺旋桨为4个，对称布置于十字形机架的端部。设置4个辅助螺旋桨，使4个辅助螺旋桨可以对称安装于十字形机架上的4个端部，不需要额外增加安装支架，同时辅助螺旋桨和主螺旋桨的个数相同，便于控制在4个方向上的作用力，用以调整无人机在水平方向的速度和加速度。

优选的，所述辅助螺旋桨还设有可调底座，用于调整辅助螺旋桨的旋转平面方向，所述辅助螺旋桨通过可调底座安装于机架上。在机架上设有可调底座，可调底座可以用以改变辅助螺旋桨的方向，使无人机在多种环境下的功能得到最优化。在平稳环境下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向为平行于水平面，使辅助螺旋桨产生垂直方向上的作用力，与主螺旋桨一起为无人机提供向上的拉力，无人机上升至作业高度时，再通过可调底座使辅助螺旋桨的旋转平面方向调整为垂直于水平面，用于控制无人机在作业高度水平面上的运动方向；在风速较大等恶劣条件下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向垂直于水平面，使辅助螺旋桨产生水平方向上的作用力，用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量，使无人机平稳安全起飞，无人机上升至作业高度时，主螺旋桨用于调节抵消无人机在竖直方向运动偏移量，辅助螺旋桨用于控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时消除水平方向的环境干扰。

相应地，本发明还提供了一种用于无人机在高负荷条件下长时间作业的实施方法，该方法包括以下步骤：

a、首先根据化学反应方程式对反应原料进行等比例匹配；

b、将反应原料以等比例单元的形式从对应的进料口进行供给；

c、反应原料到达反应容器后进行化学反应，产生比空气密度小的气体；

d、通过主控单元启动供气阀门上的自动控制装置，打开供气通道上的供气阀门，同时通过主控单元启动排气阀门上的自动控制装置，关闭气囊上的排气阀门，向气囊内不断填充轻密度气体，同时，主螺旋桨在垂直方向以较低的转速进行旋转；

e、无人机在主螺旋桨和气囊的共同作用下向上运动时，停止反应原料的供应，同时辅助螺旋桨转动用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量；

f、无人机到达指定高度进行飞行作业，主螺旋桨调节抵消无人机在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时根据无人机的飞行状况，转动可调底座改变辅助螺旋桨的旋转方向，用于克服环境因素在各个方向上的干扰；

g、随着无人机飞行作业的开展，无人机负载的载荷逐步减轻，无人机在气囊的带动下持续上升，降低主螺旋桨的旋转速度，从而使无人机受到的拉力减小，当主螺旋桨的旋转速度降到临界值后无人机仍在向上运动时，通过主控单元打开排气阀门，对气囊内的填充气体进行释放；

h、重复步骤g直至无人机完成空中飞行作业；

i、无人机准备降落时，通过辅助螺旋桨控制无人机在水平方向上的运动方向，当无人机到达降落点的上空时，通过气囊上的排气阀门逐步释放气囊内的填充气体，通过主螺旋桨控制垂直方向上无人机的降落速度，完成安全平稳降落。

采用本发明的用于无人机在高负荷条件下长时间作业的实施方法，保证用于生成气体的反应原料是按比例进行供给反应的，而且生成的气体定量可控的，通过向气囊供应气体，使气囊在空气浮力的作用下产生向上的拉力，带动无人机起飞，无人机起飞并上升到作业高度后，停止反应原料的供应。无人机的主螺旋桨消耗较少的机载能源就能调节抵消无人机在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，也只消耗少许的机载能源，在此方法下，无人机在高负荷条件下仍可以进行远距离长时间的空中飞行作业任务，避免了无人机来回折返不断地补充机载能源或进行多次搭载，从而达到提高无人机工作效率的目的。

优选的，所述步骤b具体包括以下步骤：

b1、关闭第二进料阀门；

b2、打开第一进料阀门，使反应原料通过第一进料阀门进入到两个阀门之间的进料通道中；

b3、关闭b2步骤中打开的第一进料阀门；

b4、打开b1步骤中关闭的第二进料阀门。

采取上述方式，有效避免气体反应容器中的气体通过进料口泄露出来，保证生成的气体全部通过供气阀门输送到气囊中。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过在无人机上安装气囊装置和辅助螺旋桨，借助空气的浮力使气囊为无人机提供向上的拉力，与主螺旋桨一起克服无人机的重力及负载的重力。主螺旋桨只需要消耗极少的机载能源来调节无人机在垂直方向上的运动偏移量，辅助螺旋桨也只需要消耗极少的机载能源来调节无人机在水平方向上的运动偏移量，降低了对机载能源的消耗速度，延长了无人机的作业时间，使无人机在较长时间内持续处于理想的工作状态，从而达到提高无人机工作效率的目的，扩大了无人机在重负荷条件下的作业时间和作业范围，达到了无人机在重负荷条件下持续长时间工作的效果；

2、通过安装在无人机上的气体反应装置向气囊装置提供轻密度气体，气囊装置借助空气的浮力为无人机提供向上的拉力，用于克服无人机的自身重力和搭载载荷的重力，从而大大降低了对机载能源的消耗速度，使无人机可以进行远距离长时间的飞行作业等任务；

3、通过在无人机上设置感应器件，可以将无人机高度、速度和加速度等飞行状态参数及时反馈至主控单元，通过主控单元换算成系统调节量，再通过调整主螺旋桨和辅助螺旋桨的转速使其提供的作用力发生改变，让无人机的高度、速度和加速度得到及时调整，使无人机正常飞行；

4、在供气阀门和排气阀门上安装自动控制装置，使阀门在主动单元的运行下，可以及时通过自动控制装置打开或关闭阀门，使无人机保持在预定轨道飞行或作业，保证无人机的飞行安全；

5、在机架上设有可调底座，可调底座可以用以改变辅助螺旋桨旋转平面的方向，使无人机在多种环境下的功能得到最优化。在平稳环境下，使辅助螺旋桨产生垂直方向上的作用力，与主螺旋桨一起为无人机提供向上的拉力；在风速较大等恶劣条件下使辅助螺旋桨产生水平方向上的作用力，用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量，使无人机平稳安全起飞。

附图说明：

图1为现有的四旋翼无人机的结构原理图。

图2为本发明的无人机装置的结构原理图。

图3为图2中无人机装置的气体反应装置的结构原理图。

图中标记：1-第一主螺旋桨，2-第二主螺旋桨，3-第三主螺旋桨，4-第四主螺旋桨，5-气囊装置，6-气体反应装置，601-进料口，602-第一进料阀门，603-第二进料阀门，604-反应容器，7-供气阀门，8-排气阀门，9-供气口，10-第一辅助螺旋桨，11-第二辅助螺旋桨，12-第三辅助螺旋桨，13-第四辅助螺旋桨，14-第一可调底座，15-第二可调底座，16-第三可调底座，17-第四可调底座。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图2所示，延长飞行时间的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，机体周围还安装有辅助螺旋桨和气囊装置5，辅助螺旋桨通过主控单元控制，辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面方向可调，气囊装置5为布置于无人机机体结构上方，其内部为用于充斥比空气密度小的轻密度气体的空腔，气囊装置5还连接有用于排放其内部气体的排气阀门8。

辅助螺旋桨为4个，对称安装于十字形机架的端部，且每个辅助螺旋桨还设有可调底座，可调底座用于调整辅助螺旋桨的旋转平面方向，辅助螺旋桨通过可调底座安装于机架上，如图2所示，第一主螺旋桨1、第二主螺旋桨2、第三主螺旋桨3、第四主螺旋桨4布置于十字形机架结构上，将十字形机架的布置平面看作直角坐标平面，则第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3分别布置在X轴的正负方向上，从俯视方向看，主螺旋桨旋转方向为逆时针旋转，旋转平面平行于水平面，为无人机提供向上的拉力，用以克服无人机自身的重力。第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4分别布置在Y轴的正负方向上，从俯视方向看，主螺旋桨旋转方向为顺时针方向，旋转平面平行于水平面，为无人机提供向上的拉力，用以克服无人机自身的重力，第一辅助螺旋桨10通过第一可调底座14安装于第一主螺旋桨1的外侧的十字形机架上，第二辅助螺旋桨11通过第二可调底座15安装于第二主螺旋桨2的外侧的十字形机架上，第三辅助螺旋桨12通过第三可调底座16安装于第三主螺旋桨3的外侧的十字形机架上，第四辅助螺旋桨13通过第四可调底座17安装于第四主螺旋桨4的外侧的十字形机架上，采取这种结构特点，使无人机在安装辅助螺旋桨时不需要额外增加安装支架，同时辅助螺旋桨和主螺旋桨的个数相同，便于控制在4个方向上的作用力，用以调整无人机在水平方向的速度和加速度。辅助螺旋桨在工作时，分别从X轴、Y轴的正方向看，第一辅助螺旋桨10和第四辅助螺旋桨13为逆时针转动，第二辅助螺旋桨11和第三辅助螺旋桨12为顺时针转动，同时为无人机提供水平方向上的作用力。

当无人机在重负荷条件下起飞时，通过向气囊装置内部空腔充斥轻密度气体，使气囊装置充气后借助空气的浮力为无人机提供向上的拉力，同时主螺旋桨以较低的转速进行旋转，产生一定向上的拉力，主螺旋桨和气囊装置同时为无人机提供向上的拉力，一起克服无人机的自身重力及搭载载荷的重力，辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，为无人机提供水平方向上的作用力，用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量，使无人机平稳上升。当无人机上升到一定高度后，通过主控单元调整主螺旋桨的转速，使无人机在预设高度开展作业，主螺旋桨只需要消耗极少的机载能源来调节无人机的在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨消耗较少的机载能源来控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时消除在水平方向上受到的环境干扰。采取这种结构的无人机，降低了对机载能源的消耗速度，延长了无人机的作业时间，使无人机在较长时间内持续处于理想的工作状态，避免了无人机来回折返不断地补充机载能源或进行多次搭载，从而达到提高无人机工作效率的目的。当无人机作业一段时间后，其搭载的负荷载荷减轻，无人机受到气囊装置的拉力会大于其自身的重力和搭载载荷的重力，无人机的作业高度会继续上升，当主螺旋桨停止提供向上的拉力后无人机的高度仍在上升时，通过排气装置释放气囊装置中的气体，降低为无人机提供的拉力，使无人机受到的作用力始终处于相对平衡状态，采取这种方式，只需要主螺旋桨提供较小作用力来进行调节，使无人机保持在一定高度持续作业。

在机架上设有可调底座，可调底座可以用以改变辅助螺旋桨的方向，使无人机在多种环境下的功能得到最优化。在平稳环境下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向为平行于水平面，使辅助螺旋桨产生垂直方向上的作用力，与主螺旋桨一起为无人机提供向上的拉力，无人机上升至作业高度时，再通过可调底座使辅助螺旋桨的旋转平面方向调整为垂直于水平面，用于控制无人机在作业高度水平面上的运动方向；在风速较大等恶劣条件下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向垂直于水平面，使辅助螺旋桨产生水平方向上的作用力，用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量，使无人机平稳安全起飞，无人机上升至作业高度时，主螺旋桨用于调节抵消无人机在竖直方向运动偏移量，辅助螺旋桨用于控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时消除水平方向的环境干扰。

无人机装置上还设有用于测量无人机高度、速度及加速度的感应器件，所述感应器件与主控单元连接，主控单元将感应器件测得的无人机飞行状态换算成系统调节量，通过设置在无人机上的感应器件，可以将无人机高度、速度和加速度等飞行状态参数及时反馈至主控单元，通过主控单元换算成系统调节量，再通过调整主螺旋桨和辅助螺旋桨的转速使其提供的作用力发生改变，让无人机的高度、速度和加速度得到及时调整，使无人机正常飞行。

如图3所示，气囊装置5上还连接有用于为气囊装置5供气的气体反应装置6，气体反应装置6为连接有进料口601和供气口9的密闭容器，其内装设有反应原料，反应原料通过进料口601进入反应容器，进料口串联式连接有两个阀门，分别为布置于进料口侧的第一进料阀门602和布置于反应容器侧的第二进料阀门603，气体反应装置6向气囊装置5输送气体的通道上连接有供气阀门7，供气阀门7通过自动控制装置进行控制，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将供气阀门7及时打开或关闭，排气阀门8也连接有自动控制装置，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将排气阀门8及时打开或关闭。

反应原料进入密闭容器进行反应后产生轻密度气体，气体通过与反应容器内部相通的供气口输送到气囊装置，密闭容器为反应原料提供进行化学反应的场所，进料阀门可有效防止气体反应装置内生成的气体外泄，通过气体反应装置向气囊提供轻密度气体，在供气口上连接有供气阀门，可根据需要向气囊装置供应适量轻密度气体，设置气体反应装置，可以及时向气囊装置补充轻密度气体，从而保持飞行状态，无人机在飞行过程中，经常会根据作业指令不断上升或下降，同时为了躲避障碍物，无人机也会重复出现上升和下降，无人机在需要下降时，通过排气装置释放部分气体即可，同时设置气体反应装置，可以在无人机需要再次上升时，通过气体反应装置生成气体后及时向气囊装置内进行补充，使无人机在重负荷状态下轻易上升，避免对机载能源的巨大消耗，从而起到延长作业时间，提高工作效率的目的。

通过感应器所测得的无人机的高度、速度及加速度数值，通过主控单元换算成调节量并启动自动控制装置来实现对阀门的自动开启和自动闭合，保证无人机在起飞时，及时打开供气阀门，使气体反应装置中的气体充斥到气囊装置中，使无人机上升到作业高度，当无人机的作业高度继续上升达到预设飞行高度时，再通过自动控制装置关闭供气阀门，使无人机保持在一定高度进行作业，当无人机的高度超过设定高度时，排气阀上的自动控制装置根据反馈的信号将排气阀门打开，从而释放气囊装置内的部分气体，阻止无人机偏离预设的高度，同时根据感应器件测得的速度和加速度数值，及时调整无人机在垂直方向上的速度和加速度，使无人机平稳飞行。

气囊装置为体积随气体量和气体压力变化的伸缩装置，所述伸缩装置的材料为柔性织物，使用尼龙纤维等柔性织物作为气囊装置具有较大的优点。

在实践中实施该装置时，根据如下方法按步骤施行：

a、首先根据化学反应方程式对反应原料进行等比例匹配；

b、将反应原料以等比例单元的形式从对应的进料口进行供给；

c、反应原料到达反应容器后进行化学反应，产生比空气密度小的气体；

d、通过主控单元启动供气阀门上的自动控制装置，打开供气通道上的供气阀门，同时通过主控单元启动排气阀门上的自动控制装置，关闭气囊上的排气阀门，向气囊内不断填充轻密度气体，同时，主螺旋桨在垂直方向以较低的转速进行旋转；

e、无人机在主螺旋桨和气囊的共同作用下向上运动时，停止反应原料的供应，同时辅助螺旋桨转动用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量；

f、无人机到达指定高度进行飞行作业，主螺旋桨调节抵消无人机在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时根据无人机的飞行状况，转动可调底座改变辅助螺旋桨的旋转方向，用于克服环境因素在各个方向上的干扰；

g、随着无人机飞行作业的开展，无人机负载的载荷逐步减轻，无人机在气囊的带动下持续上升，降低主螺旋桨的旋转速度，从而使无人机受到的拉力减小，当主螺旋桨的旋转速度降到临界值后无人机仍在向上运动时，通过主控单元打开排气阀门，对气囊内的填充气体进行释放；

h、重复步骤g直至无人机完成空中飞行作业；

i、无人机准备降落时，通过辅助螺旋桨控制无人机在水平方向上的运动方向，当无人机到达降落点的上空时，通过气囊上的排气阀门逐步释放气囊内的填充气体，通过主螺旋桨控制垂直方向上无人机的降落速度，完成安全平稳降落。

在步骤a中，首先根据化学反应方程式对反应原料进行等比例匹配，例如用于气体C的反应原料A和B的反应式为：mA+nB=xC+yD，A、B为用于参加反应生成气体的两种反应原料，C、D为反应原料参加反应后生成的物质或气体，m、n、x、y为化学方程式中的配平系数，则反应原料A、B应按照m:n的比例进行配置。

在步骤b中，将反应原料以等比例单元的形式从对应的进料口601进行供给，在向反应容器604供给反应原料时，应当首先关闭进料通道中两个串联式阀门中的第二进料阀门603，再打开进料口侧的第一进料阀门602，使反应原料通过第一进料阀门602进入到两个阀门之间的进料通道中，再关闭第一进料阀门602，打开第二进料阀门603、反应原料到达反应容器604后进行化学反应。

采用上述实施方法，保证用于生成气体的反应原料是按比例进行供给反应的，而且生成的气体定量可控的，进料阀门和进料反应阀门可有效防止气体反应装置内生成的气体外泄。通过向气囊供应气体，使气囊在空气浮力的作用下产生向上的拉力，带动无人机起飞，无人机起飞并上升到作业高度后，停止反应原料的供应。无人机的主螺旋桨消耗较少的机载能源就能调节抵消无人机在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，也只消耗少许的机载能源，在此方法下，无人机在高负荷条件下仍可以进行远距离长时间的空中飞行作业任务，避免了无人机来回折返不断地补充机载能源或进行多次搭载，从而达到提高无人机工作效率的目的。

Claims (10)

1.一种延长飞行时间的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，其特征在于，所述机体周围还安装有辅助螺旋桨和气囊装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面方向可调，所述气囊装置为布置于无人机机体结构上方，其内部为用于充斥比空气密度小的轻密度气体的空腔，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体的排气阀门，用于排放气囊装置中的气体。

2.根据权利要求1所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，无人机装置上还设有用于测量无人机高度、速度及加速度的感应器件，所述感应器件与主控单元连接。

3.根据权利要求2所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述排气阀门连接有自动控制装置，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将排气阀门及时打开或关闭。

4.根据权利要求2所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述气囊装置上还连接有用于为气囊装置供气的气体反应装置，所述气体反应装置为连接有进料口和供气口的密闭容器，其内装设有反应原料，反应原料通过进料口进入反应容器，所述进料口串联式连接有两个进料阀门。

5.根据权利要求4所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述气体反应装置向气囊装置输送气体的通道上连接有供气阀门，所述供气阀门通过自动控制装置进行控制，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将供气阀门及时打开或关闭。

6.根据权利要求1所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述气囊装置为体积随气体量和气体压力变化的伸缩装置，所述伸缩装置的材料为柔性织物。

7.根据权利要求1所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述辅助螺旋桨为4个，对称布置于十字形机架的端部。

8.根据权利要求7所述的延长飞行时间的无人机装置，其特征在于，所述辅助螺旋桨还设有可调底座，用于调整辅助螺旋桨的旋转平面方向，所述辅助螺旋桨通过可调底座安装于机架上。

9.一种延长飞行时间的无人机装置的实施方法，其特征在于，如权利要求1-8之一所述的延长飞行时间的无人机装置的实施方法，包括以下步骤：

a、首先根据化学反应方程式对反应原料进行等比例匹配；

b、将反应原料以等比例单元的形式从对应的进料口进行供给；

c、反应原料到达反应容器后进行化学反应，产生比空气密度小的气体；

d、通过主控单元启动供气阀门上的自动控制装置，打开供气通道上的供气阀门，同时通过主控单元启动排气阀门上的自动控制装置，关闭气囊装置上的排气阀门，向气囊装置内不断填充轻密度气体，同时，主螺旋桨在垂直方向以较低的转速进行旋转；

e、无人机在主螺旋桨和气囊装置的共同作用下向上运动时，停止反应原料的供应，同时辅助螺旋桨转动用于消除无人机在水平方向上环境干扰所造成的偏移量；

f、无人机到达指定高度进行飞行作业，主螺旋桨调节抵消无人机在竖直方向的运动偏移量，辅助螺旋桨控制无人机在作业高度水平面上的运动方向，同时根据无人机的飞行状况，转动可调底座改变辅助螺旋桨的旋转方向，用于克服环境因素在各个方向上的干扰；

g、随着无人机飞行作业的开展，无人机负载的载荷逐步减轻，无人机在气囊装置的带动下持续上升，降低主螺旋桨的旋转速度，从而使无人机受到的拉力减小，当主螺旋桨的旋转速度降到临界值后无人机仍在向上运动时，通过主控单元打开排气阀门，对气囊装置内的填充气体进行释放；

h、重复步骤g直至无人机完成空中飞行作业；

i、无人机准备降落时，通过辅助螺旋桨控制无人机在水平方向上的运动方向，当无人机到达降落点的上空时，通过气囊装置上的排气阀门逐步释放气囊内的填充气体，通过主螺旋桨控制垂直方向上无人机的降落速度，完成安全平稳降落。

10.根据权利要求9所述的延长飞行时间的无人机装置的实施方法，其特征在于，所述步骤b具体包括以下步骤：

b1、关闭第二进料阀门；

b2、打开第一进料阀门，使反应原料通过第一进料阀门进入到两个阀门之间的进料通道中；

b3、关闭b2步骤中打开的第一进料阀门；

b4、打开b1步骤中关闭的第二进料阀门。