CN107336833B - 一种复合无人机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合无人机领域，公开了一种复合无人机及控制方法，复合无人机包括机身、固定在机身尾部的螺旋桨、固定在机身上端的机翼、对称固定在机翼下方两侧的第一连接架、同时连接于两个第一连接架一端的倒V尾、连接于第一连接架另一端且能够在水平位置和竖直位置倾转切换的第一旋翼、连接于倒V尾中心位置且能够在水平位置和竖直位置倾转切换以及左右两侧倾转的第二旋翼、第一动力装置、第二动力装置以及第三动力装置。上述结构使得复合无人机兼顾了固定翼无人机和旋翼无人机的优点，而且机翼和旋翼之间互不干扰，简化了操作，既能提供复合无人机垂直起降的动力，又能提供持续飞行时的动力，起降方便、续航时间长、飞行速度快。

Description

一种复合无人机及控制方法

技术领域

本发明涉及复合无人机技术领域，尤其涉及一种复合无人机及控制方法。

背景技术

常见的无人机类型主要分为固定翼无人机与旋翼无人机。其中固定翼无人机起飞与降落都需要特定的跑道供其滑行，并依靠动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力。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，严重影响和妨碍了固定翼无人机的发展。

而旋翼无人机包括单旋翼和多旋翼两种结构，是由发动机或电动机驱动旋翼提供升力，把无人机拉升到空中。其优点是可以在较小场地垂直起降、空中悬停，但其效率远不如固定翼无人机，功耗大、速度慢、续航时间短也是旋翼无人机存在的缺点。

现有技术中公开了一种固定翼与多旋翼组成的复合无人机，兼备固定翼无人机和旋翼无人机的特性，且能够随时进行固定翼飞行模式和旋翼飞行模式的切换，但其在切换到固定翼飞行模式时，电动多旋翼虽然停止了动力供给，但是旋翼的形状和构造在飞行气流中成了复合无人机飞行的负担，一方面加大了阻力，另一方面加大了操控难度，未能将二者完美的结合在一起。因此，如何设计一种兼顾固定翼无人机和旋翼无人机的优点且互不干扰的复合无人机，是目前要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合无人机及控制方法，兼顾了固定翼无人机和旋翼无人机的优点且互不干扰。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合无人机，包括机身、固定在机身尾部的螺旋桨、固定在机身上端的机翼、对称固定在机翼下方两侧的第一连接架、同时连接于两个第一连接架一端且呈倒V形设置的倒V尾、连接于第一连接架另一端且能够在水平位置和竖直位置倾转切换的第一旋翼、连接于倒V尾中心位置且能够在水平位置和竖直位置倾转切换以及左右两侧倾转的第二旋翼、驱动螺旋桨转动的第一动力装置、驱动第一旋翼转动的第二动力装置以及驱动第二旋翼转动的第三动力装置。

作为优选，所述第一连接架上设有倾转组件，所述倾转组件用于控制所述第一旋翼在水平位置和竖直位置倾转切换，所述第二动力装置设置在所述倾转组件和所述第一旋翼之间。

作为优选，所述倒V尾上设有第一倾转组件和第二倾转组件，所述第一倾转组件用于控制所述第二倾转组件和第二旋翼在水平位置和竖直位置倾转切换，所述第二倾转组件用于控制所述第二旋翼向左右两侧倾转，所述第三动力装置设置在所述第二倾转组件和所述第二旋翼之间。

作为优选，两个所述第一旋翼转动时，两个第一旋翼的转动方向相反。

作为优选，所述第一连接架为长杆状结构，且沿机身头部至尾部方向，所述第一连接架的截面积逐渐变小。

作为优选，所述倒V尾相对于两个第一连接架的对称平面呈对称结构设置。

本发明还提供了一种复合无人机的控制方法，通过将第一旋翼和第二旋翼均倾转至竖直位置，并通过调节第一旋翼和第二旋翼的转速实现复合无人机的垂直起降或者飞行方向的调整；

以及，通过将第一旋翼和第二旋翼均倾转至水平位置，并通过螺旋桨、第一旋翼以及第二旋翼的旋转实现复合无人机在空中的持续飞行。

作为优选，所述复合无人机通过增大第一旋翼和第二旋翼的转速实现垂直上升，通过减小第一旋翼和第二旋翼的转速实现垂直下降。

作为优选，在保持两个第一旋翼转速不变的前提下，增大第二旋翼的转速，所述复合无人机做下俯运动，减小第二旋翼的转速，所述复合无人机做上仰运动。

作为优选，在所述第一旋翼的桨距固定时，保持其中一个第一旋翼以及第二旋翼的转速不变，减小另一个第一旋翼的转速，所述复合无人机向所述另一个第一旋翼的方向倾转；

在所述第一旋翼的桨距可调时，保持两个第一旋翼以及第二旋翼的转速不变，通过调节两个第一旋翼的桨距，所述复合无人机向其中一个第一旋翼的方向倾转。

优选的，在保持两个第一旋翼和第二旋翼转速不变的前提下，调整第二旋翼向左右两侧倾转，所述复合无人机做空中转向运动。

本发明的有益效果：通过上述结构，使得复合无人机兼具固定机翼以及旋翼，兼顾了固定翼无人机和旋翼无人机的优点，而且机翼和旋翼之间互不干扰，简化了操作，既能提供复合无人机垂直起降的动力，又能提供持续飞行时的动力，起降方便、续航时间长、飞行速度快。

附图说明

图1是本发明复合无人机的立体结构示意图；

图2是本发明图1的I处放大图；

图3是本发明复合无人机第一旋翼和第二旋翼处于水平位置的状态示意图；

图4是本发明复合无人机第一旋翼和第二旋翼处于竖直位置的状态示意图。

图中：

1、机身；2、螺旋桨；3、机翼；4、第一连接架；5、倒V尾；6、第一旋翼；7、第二旋翼；8、第一动力装置；9、第二动力装置；10、第三动力装置；11、倾转组件；12、第一倾转组件；13、第二倾转组件；51、尾翼。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供一种复合无人机，如图1-4所示，该复合无人机包括机身1、螺旋桨2、机翼3、第一连接架4、倒V尾5、第一旋翼6、第二旋翼7、第一动力装置8、第二动力装置9以及第三动力装置10，其中第一动力装置8、第二动力装置9以及第三动力装置10均连接于控制器(图中未示出)。

上述螺旋桨2固定在机身1的尾部，其连接于上述第一动力装置8，并由第一动力装置8带动转动，以驱动复合无人机飞行。具体的，上述第一动力装置8可以为连接于控制器的电动机或油动机，且该第一动力装置8可以设置机身1的头部或者尾部，其作为本实施例的复合无人机飞行时的主要动力源。本实施例将第一动力装置8设置在机身1的尾部，如图1所示。

在机身1上端固定有上述机翼3，该机翼3用于在复合无人机处于高空飞行状态时，配合螺旋桨2一起实现复合无人机的持续飞行。

上述第一连接架4设置有两个，对称的固定在上述机翼3下方两侧，可参照图1，该第一连接架4为长杆状结构，且沿机身1头部至尾部方向，该第一连接架4的截面积逐渐变小，通过上述结构设置，能够使得复合无人机的重心处于符合飞行要求的位置，进而提高复合无人机的整体性能。当然，可以理解的是，该第一连接架4也可以是其他结构，能够满足设计要求即可。

本实施例中，上述第一连接架4靠近机身1头部也就是截面积大的一端连接有第一旋翼6，具体的，在第一连接架4的该端设置有连接于控制器的倾转组件11，在倾转组件11上固定有上述第二动力装置9，该第二动力装置9连接于第一旋翼6。上述倾转组件11用于控制第二动力装置9以及第一旋翼6在水平位置和竖直位置倾转切换，即如图3所示，此时第一旋翼6由倾转组件11控制处于水平位置(第一旋翼6旋转平面与水平平面垂直)；如图4所示，第一旋翼6由倾转组件11控制处于竖直位置(第一旋翼6旋转平面与水平平面平行)。当第一旋翼6处于水平位置时，通过调整第一旋翼6的转速，能够实现对复合无人机垂直起降以及飞行方向的调整，当第一旋翼6处于竖直位置时，其产生的力与螺旋桨2产生的驱动力共同驱动复合无人机持续飞行。

本实施例中，上述倾转组件11为现有技术中常见的倾转驱动结构，例如可以是依次连接的倾转底座、连杆机构以及舵机，也可以是其他能够实现第一旋翼6倾转的结构，在此不再对其结构赘述。

本实施例中，上述第二动力装置9可以是电动机、活塞发动机或涡轴发动机，并且上述电动机、活塞发动机或涡轴发动机通过齿轮与轴将动力传递至第一旋翼6。

本实施例中，需要说明的是，上述两个第一旋翼6在由第二动力装置9驱动转动时，两个第一旋翼6的转动方向相反，进而能够相互抵消反扭力矩，使得复合无人机飞行更加平稳，操控更加简单。

上述两个第一连接架4靠近机身1尾部也就是截面积小的一端同时连接于上述倒V尾5，具体的，上述倒V尾5相对于两个第一连接架4的对称平面呈对称结构设置，通过该对称结构的设置，能够提高复合无人机的飞行性能。

可参照图1和图2，上述倒V尾5包括两个分别倾斜连接于两个第一连接架4的尾翼51，两个尾翼51呈倒V形设置，在两个尾翼51之间安装有均连接有控制器的第一倾转组件12以及第二倾转组件13，在第二倾转组件13上设置上述第三动力装置10，该第三动力装置10驱动连接有上述第二旋翼7，并驱动该第二旋翼7转动。本实施例中，上述第一倾转组件12用于控制第二倾转组件13、第三动力装置10以及第二旋翼7在水平位置和竖直位置倾转切换，以便于实现复合无人机的垂直起降或者飞行方向的调整。上述第二倾转组件13用于控制第三动力装置10以及第二旋翼7左右倾转，以实现复合无人机的空中旋转。

本实施例中，上述第一倾转组件12和第二倾转组件13的结构和倾转组件11的结构相同或相似，均为现有技术中常见的倾转驱动结构，故在此不再对其结构赘述。

本实施例中，上述第二旋翼7的轴线处于机身1的中心平面上，进而通过合理布置第二旋翼7的位置，并配合第一旋翼6的位置布置，能够进一步提高复合无人机的性能。

上述第三动力装置10为电动机，第二动力装置9可以是电动机、活塞发动机或涡轴发动机。

本实施例中，上述第一旋翼6的桨距可以是固定的，也可以通过设置桨距调节机构实现桨距可调，该桨距调节机构为现有技术中常见的结构，不再详细说明。上述第二旋翼7的桨距固定。

本发明通过上述结构，使得复合无人机兼具固定机翼3以及旋翼，兼顾了固定翼无人机和旋翼无人机的优点，而且机翼3和旋翼之间互不干扰，简化了操作，既能提供复合无人机垂直起降的动力，又能提供持续飞行时的动力，起降方便、续航时间长、飞行速度快。

本发明还提供了一种复合无人机的控制方法，具体的，其可以通过将第一旋翼6和第二旋翼7均倾转至竖直位置，并通过调节第一旋翼6和第二旋翼7的转速实现复合无人机的垂直起降或者飞行方向的调整；

以及，通过将第一旋翼6和第二旋翼7均倾转至水平位置，并通过螺旋桨2、第一旋翼6以及第二旋翼7的旋转实现复合无人机在空中的持续飞行。

其中，在复合无人机进行垂直起降时，首先通过倾转组件11以及第一倾转组件12将第一旋翼6和第二旋翼7均倾转至竖直位置，也就是将第一旋翼6和第二旋翼7均倾转至其旋转平面与图1所示的XY平面平行，随后当需要垂直升空时，关闭第一动力装置8，启动第二动力装置9和第三动力装置10，并加大第一旋翼6和第二旋翼7的转速，通过第一旋翼6和第二旋翼7的提升力将复合无人机升空。当需要降落时，减小第一旋翼6和第二旋翼7的转速，以使得复合无人机着陆。

当在升空或着陆过程中遇到外部环境的改变(如突风、气流等)需要调整或者是自身飞行方向需要调整时，可进行如下操作：

当复合无人机需要以X轴为基准轴进行方向调整(即复合无人机做俯仰方向调整)时，在保持两个第一旋翼6转速不变的前提下，增大第二旋翼7的转速，此时复合无人机会在第二旋翼7的增力作用下做下俯运动，减小第二旋翼7的转速，复合无人机则会做上仰运动。

当复合无人机需要以Y轴作为基准轴线进行方向调整(即复合无人机沿其飞行方向做左右方向调整)时，此时分为两种情况：

1、在第一旋翼6的桨距固定时，保持其中一个第一旋翼6以及第二旋翼7的转速不变，减小另一个第一旋翼6的转速，复合无人机则会向另一个第一旋翼6的方向倾转，例如减小左侧的第一旋翼6的转速，此时第一旋翼6的动力减小，复合无人机的机身1则会向左侧倾转；减小右侧的第一旋翼6的转速，复合无人机的机身1则会向右侧倾转。

2、在第一旋翼6的桨距可调时，此时保持两个第一旋翼6以及第二旋翼7的转速不变，通过调节两个第一旋翼6的桨距，使得两个第一旋翼6之间产生升力差，使得复合无人机向其中一个第一旋翼6的方向倾转。

当复合无人机需要以Z轴作为基准轴线进行方向调整时(即复合无人机做空中转向运动)，此时保持两个第一旋翼6和第二旋翼7的转速不变，通过第二倾转组件13驱动第二旋翼7向向左右两侧倾转，复合无人机则会做空中转向运动。具体的，当第二倾转组件13驱动第二旋翼7向左侧倾转一定角度时，螺旋桨2左侧升力提升，复合无人机绕Z轴做顺时针旋转(从机身1尾部指向头部的方向看)；当第二倾转组件13驱动第二旋翼7向右侧倾转一定角度时，螺旋桨2右侧升力提升，复合无人机绕Z轴做逆时针旋转。

当本发明的上述复合无人机在空中进行高速飞行时，此时可以进入固定翼飞行模式，也就是通过螺旋桨2、第一旋翼6、第二旋翼7以及机翼3的配合，实现持续飞行，具体的，是通过倾转组件11以及第一倾转组件12将第一旋翼6和第二旋翼7倾转至水平位置，也即是第一旋翼6和第二旋翼7的旋转平面与图1所示的XY平面相垂直，此时通过第一动力装置8作为主动力，第二动力装置9和第三动力装置10作为辅助动力，使得第一旋翼6和第二旋翼7的动力与复合无人机的前进方向相同(形成固定翼飞行模式)，第一旋翼6和第二旋翼7对复合无人机的飞行提供辅助动力，使得复合无人机飞行更加稳定和快速，且螺旋桨2、第一旋翼6、第二旋翼7以及机翼3的配合，能够使得复合无人机的续航时间更长、飞行速度更快。当复合无人机进入到固定翼飞行模式时，其控制与普通的固定翼相同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合无人机，其特征在于，包括机身（1）、固定在机身（1）尾部的螺旋桨（2）、固定在机身（1）上端的机翼（3）、对称固定在机翼（3）下方两侧的第一连接架（4）、同时连接于两个第一连接架（4）一端且呈倒V形设置的倒V尾（5）、连接于第一连接架（4）另一端且能够在水平位置和竖直位置倾转切换的第一旋翼（6）、连接于倒V尾（5）中心位置且能够在水平位置和竖直位置倾转切换以及左右两侧倾转的第二旋翼（7）、驱动螺旋桨（2）转动的第一动力装置（8）、驱动第一旋翼（6）转动的第二动力装置（9）以及驱动第二旋翼（7）转动的第三动力装置（10）；

所述第一连接架（4）上设有倾转组件（11），所述倾转组件（11）用于控制所述第一旋翼（6）在水平位置和竖直位置倾转切换，所述第二动力装置（9）设置在所述倾转组件（11）和所述第一旋翼（6）之间；

两个所述第一旋翼（6）转动时，两个第一旋翼（6）的转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的复合无人机，其特征在于，所述倒V尾（5）上设有第一倾转组件（12）和第二倾转组件（13），所述第一倾转组件（12）用于控制所述第二倾转组件（13）和第二旋翼（7）在水平位置和竖直位置倾转切换，所述第二倾转组件（13）用于控制所述第二旋翼（7）向左右两侧倾转，所述第三动力装置（10）设置在所述第二倾转组件（13）和所述第二旋翼（7）之间。

3.根据权利要求1所述的复合无人机，其特征在于，所述第一连接架（4）为长杆状结构，且沿机身（1）头部至尾部方向，所述第一连接架（4）的截面积逐渐变小。

4.根据权利要求3所述的复合无人机，其特征在于，所述倒V尾（5）相对于两个第一连接架（4）的对称平面呈对称结构设置。

5.一种复合无人机的控制方法，应用于权利要求1-4任一项所述的一种复合无人机，其特征在于，通过将第一旋翼（6）和第二旋翼（7）均倾转至竖直位置，并通过调节第一旋翼（6）和第二旋翼（7）的转速实现复合无人机的垂直起降或者飞行方向的调整；

以及，通过将第一旋翼（6）和第二旋翼（7）均倾转至水平位置，并通过螺旋桨（2）、第一旋翼（6）以及第二旋翼（7）的旋转实现复合无人机在空中的持续飞行。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述复合无人机通过增大第一旋翼（6）和第二旋翼（7）的转速实现垂直上升，通过减小第一旋翼（6）和第二旋翼（7）的转速实现垂直下降。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在保持两个第一旋翼（6）转速不变的前提下，增大第二旋翼（7）的转速，所述复合无人机做下俯运动，减小第二旋翼（7）的转速，所述复合无人机做上仰运动。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

在所述第一旋翼（6）的桨距固定时，保持其中一个第一旋翼（6）以及第二旋翼（7）的转速不变，减小另一个第一旋翼（6）的转速，所述复合无人机向所述另一个第一旋翼（6）的方向倾转；

在所述第一旋翼（6）的桨距可调时，保持两个第一旋翼（6）以及第二旋翼（7）的转速不变，通过调节两个第一旋翼（6）的桨距，所述复合无人机向其中一个第一旋翼（6）的方向倾转；

在保持两个第一旋翼（6）和第二旋翼（7）转速不变的前提下，调整第二旋翼（7）向左右两侧倾转，所述复合无人机做空中转向运动。