CN107639984B - 一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机 - Google Patents
一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于无人飞行器和无人潜水器技术领域，一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机。本发明的目的在于提供一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机，通过控制潜浮装置和倾转三旋翼装置的方法，实现无人机在垂直起降模式、固定翼模式、水面航行模式和水下潜行模式间切换，从而使其拥有四种无人机的优点，增强无人机的适用性能、可操控性和效率。本发明的动力系统效率高，相对于传统多旋翼无人机，由于多了固定翼模式，续航时间，飞行距离都会有明显提升；适用场景多，可在平地、山地、水面、水下进行工作，从而完成空中地面、水面和水下侦查、测绘和隐蔽等指定任务。
Description
技术领域
本发明属于无人飞行器和无人潜水器技术领域，具体涉及一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机。
背景技术
目前无人机应用场合越来越多，对无人机的性能要求工作场合要求越来越高，如航拍、侦查、娱乐、运输等。由于无人机工作场景多样，如平地、山地、水下、水面、天上等。垂直起降无人机对起降条件要求不高，但是续航时间载荷较小。固定翼无人机续航时间载荷较大，但是起降要求高。无人船能够于水面工作，拍摄水面环境，但是无法飞行，续航不足。无人潜水器能够于水下工作，拍摄水下环境，进行水下隐藏，但是续航不足。以上四种无人机各自优缺点明显，适用范围、效率等有一定限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机，通过控制潜浮装置和倾转三旋翼装置的方法，实现无人机在垂直起降模式、固定翼模式、水面航行模式和水下潜行模式间切换，从而使其拥有四种无人机的优点，增强无人机的适用性能、可操控性和效率。
本发明的技术方案：
一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机，包括机身1、主翼2、2个副翼3、2个垂直尾翼4、2个前倾转轴5、2个前倾转座6、2个前电机旋翼7、后倾转座8、后电机旋翼9、后倾转轴10、螺旋桨11、2个尾舵12、右后方气囊13、气囊控制器14、左后方气囊15、气瓶16、前方气囊17与控制板；
所述的主翼2是以中轴线对称的翼状结构，与机身1一体结构；所述的2个副翼3为长方形结构，分别固定连接在主翼2的两侧机翼尾部，可绕其固定端向机身1方向展开；2个垂直尾翼4分别以主翼2的中轴线为轴，对称垂直固定在主翼2尾端上表面，位于两个副翼3间；
所述的前电机旋翼7固定在前倾转座6上，前倾转座6通过前倾转轴5与机身1的前部相连，左右两部分以机身1的中轴线对称；前电机旋翼7的独立倾转角度范围为0°～100°；
所述的后电机旋翼9固定在后倾转座8上，后倾转座8通过后倾转轴10与机身1的尾部连接，后电机旋翼9倾转角度范围为-30°～30°；两前电机旋翼7和后电机旋翼9转速独立控制，实现垂直起降和固定翼模式；
所述的螺旋桨11和2个尾舵12穿过机身1尾部下方，连接在机身1内部的控制板上，2个尾舵12以机身1对称轴对称，螺旋桨11位于2个尾舵12的对称轴上；控制板控制2个尾舵12转动进而改变航行方向，通过控制螺旋桨11转速进而改变在水中航行速度；
所述的右后方气囊13、气囊控制器14、左后方气囊15、气瓶16和前方气囊17均固定在机身1和主翼2下表面，其中，右后方气囊13、左后方气囊15和前方气囊17三者呈等腰三角形布局，海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机重心在等腰三角形的对称线上；右后方气囊13、左后方气囊15和前方气囊17分别与气瓶16相连，并通过气囊控制器14控制；
本发明的有益效果：本发明的动力系统效率高，相对于传统多旋翼无人机，由于多了固定翼模式，续航时间，飞行距离都会有明显提升；适用场景多，可在平地、山地、水面、水下进行工作，从而完成空中、地面、水面和水下拍摄、测绘和隐蔽等指定任务。
附图说明
图1是本发明的俯视示意图。
图2是本发明的侧视示意图。
图3是本发明的仰视示意图。
图4(a)是本发明的垂直起降模式下控制示意图。
图4(b)是本发明的垂直起降模式下的滚转控制示意图。
图4(c)是本发明的垂直起降模式下的偏航控制示意图。
图5为本发明固定翼模式下控制示意图。
图6(a)为水下模式下的俯仰控制示意图。
图6(b)为水下模式下的滚转控制示意图。
图中：1机身；2主翼；3副翼x2；4垂直尾翼x2；5倾转轴x2；
6倾转座x2；7电机旋翼x2；8后倾转座；9后电机旋翼；10后倾转轴；
11螺旋桨；12尾舵x2；13右后方气囊；14气囊控制器；15左后方气囊；
16气瓶；17前方气囊。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
结合图1～6b，一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机，包括机身1、主翼2、2个副翼3、2个垂直尾翼4、2个前倾转轴5、2个前倾转座6、2个前电机旋翼7、后倾转座8、后电机旋翼9、后倾转轴10、螺旋桨11、2个尾舵12、右后方气囊13、气囊控制器14、左后方气囊15、气瓶16、前方气囊17与控制板。
所述的主翼2是以中轴线对称的翼状结构并固定在机身1上表面；所述的2个副翼3为长方形结构，分别固定在主翼2的两侧机翼尾部；2个垂直尾翼4分别以主翼2的中轴线为轴，对称垂直固定在主翼2尾端上表面。
所述的前电机旋翼7固定在前倾转座6上，前倾转座6通过前倾转轴5与机身1的前部相连，左右两部分以机身1中轴线对称；左右前电机旋翼7独立倾转角度范围为0°～100°；后电机旋翼9固定在后倾转座8上，后倾转座8通过后倾转轴10与机身1的尾部连接，后电机旋翼9倾转角度范围为-30°～30°。三旋翼转速独立控制，实现垂直起降和固定翼模式。
所述的螺旋桨11和2个尾舵12穿过机身1尾部下方，连接在机身1内部的控制板上，2个尾舵12以机身1对称轴对称，螺旋桨11位于2个尾舵12的对称轴上；控制板控制2个尾舵12转动进而改变航行方向，通过控制螺旋桨11转速进而改变在水中航行速度。
所述的气囊控制器14、气瓶16与前方气囊17依次从后向前固定在机身1内控制板上，右后方气囊13、左后方气囊15、气瓶16与前方气囊17分别与气囊控制器14相连，其中右后方气囊13与左后方气囊15分别对称固定在主翼2的机翼尾部下端，气瓶16通过气囊控制器14向右后方气囊13、左后方气囊15、前方气囊17。
本发明共有四种工作模式：
(1)垂直起降模式：
在垂直起降模式下，当无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9垂直向上时，通过同时控制2个前电机旋翼7与后电机旋翼9的推力大小和方向，实现无人机姿态控制。
俯仰控制：当无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9垂直向上时，通过调节前方旋翼7和后方旋翼9的拉力差，可实现俯仰角度的变化。同时减小前方旋翼7转速或增后方旋翼9转速，可使无人机产生俯仰。
滚转控制：当无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9垂直向上时，通过调节无人机前方两旋翼7的拉力差，可实现对滚转角的控制。增大前方右侧旋翼7转速，减小前方左侧旋翼7转速，可使无人机产生滚转。
偏航控制：当无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9垂直向上时，通过调节后倾转座8的倾转角度，可实现对偏航角度的控制，将后倾转座8倾转一定角度，可使无人机产生偏航。
(2)固定翼飞行模式：
随着无人机水平速度的增大，2个前电机旋翼7倾转到水平位置时，后电机旋翼9停止工作时，无人机完全由副翼3和垂直尾翼4进行控制。通过控制2个前转旋翼7的推力大小以及副翼3舵面角度能够实现固定翼飞行。
(3)水面航行模式：
无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9停止工作，气瓶16通过气囊控制器14向右后方气囊13、左后方气囊15、前方气囊17充满空气使无人机漂浮于水面，尾舵12左右转动控制无人机航向，螺旋桨11控制无人机前进后退速度。
(4)水下航行模式：
无人机的2个前电机旋翼7与后电机旋翼9停止工作，气瓶16通过气囊控制器14向右后方气囊13、左后方气囊15、前方气囊17充入适量空气保证无人机潜深。
俯仰控制：通过气囊控制器14控制气囊右后方气囊13和左后方气囊15与前方气囊17储气量之差控制无人机水下俯仰角度。增大右后方气囊13储气量和左后方气囊15储气量，减小前方气囊17储气量，可使无人机产生俯仰。
滚转控制：通过气囊控制器14控制右后方气囊13与左后方气囊15储气量之差从而控制无人机水下滚转角度。增大右后方气囊13储气量，减小左后方气囊15储气量，可使无人机产生滚转。尾舵12左右转动控制无人机航向，螺旋桨11控制无人机前进后退速度。
Claims (1)
1.一种可垂直起降的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机，其特征在于，所述的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机在三旋翼无人机的基础上，增设右后方气囊(13)、气囊控制器(14)、左后方气囊(15)、气瓶(16)和前方气囊(17)；
所述的右后方气囊(13)、气囊控制器(14)、左后方气囊(15)、气瓶(16)和前方气囊(17)均固定在机身(1)和主翼(2)下表面，其中，右后方气囊(13)、左后方气囊(15)和前方气囊(17)三者呈等腰三角形布局，海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机重心在等腰三角形的对称线上；右后方气囊(13)、左后方气囊(15)和前方气囊(17)分别与气瓶(16)相连，并通过气囊控制器(14)控制；
所述的海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机包括机身(1)、主翼(2)、2个副翼(3)、2个垂直尾翼(4)、2个前倾转轴(5)、2个前倾转座(6)、2个前电机旋翼(7)、后倾转座(8)、后电机旋翼(9)、后倾转轴(10)、螺旋桨(11)、2个尾舵(12)、右后方气囊(13)、气囊控制器(14)、左后方气囊(15)、气瓶(16)、前方气囊(17)与控制板；
所述的主翼(2)是以中轴线对称的翼状结构，与机身(1)一体结构；所述的2个副翼(3)为长方形结构，分别固定连接在主翼(2)的两侧机翼尾部，可绕其固定端向机身(1)方向展开；2个垂直尾翼(4)分别以主翼(2)的中轴线为轴，对称垂直固定在主翼(2)尾端上表面，位于两个副翼(3)间；
所述的前电机旋翼(7)固定在前倾转座(6)上，前倾转座(6)通过前倾转轴(5)与机身(1)的前部相连，左右两部分以机身(1)的中轴线对称；前电机旋翼(7)的独立倾转角度范围为0°～100°；
所述的后电机旋翼(9)固定在后倾转座(8)上，后倾转座(8)通过后倾转轴(10)与机身(1)的尾部连接，后电机旋翼(9)倾转角度范围为-30°～30°；两前电机旋翼(7)和后电机旋翼(9)转速独立控制，实现垂直起降和固定翼模式；
所述的螺旋桨(11)和2个尾舵(12)穿过机身(1)尾部下方，连接在机身(1)内部的控制板上，2个尾舵(12)以机身(1)对称轴对称，螺旋桨(11)位于2个尾舵(12)的对称轴上；控制板控制2个尾舵(12)转动进而改变航行方向，通过控制螺旋桨(11)转速进而改变在水中航行速度；
所述的右后方气囊(13)、气囊控制器(14)、左后方气囊(15)、气瓶(16)和前方气囊(17)均固定在机身(1)和主翼(2)下表面，其中，右后方气囊(13)、左后方气囊(15)和前方气囊(17)三者呈中心对称布局；右后方气囊(13)、左后方气囊(15)和前方气囊(17)分别与气瓶(16)相连，并通过气囊控制器(14)控制；
海陆空潜四栖倾转三旋翼无人机共有四种工作模式：
(1)垂直起降模式：
在垂直起降模式下，当无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)垂直向上时，通过同时控制2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)的推力大小和方向，实现无人机姿态控制；
俯仰控制：当无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)垂直向上时，通过调节前电机旋翼(7)和后电机旋翼(9)的拉力差，实现俯仰角度的变化；同时减小前电机旋翼(7)转速或增大后电机旋翼(9)转速，使无人机产生俯仰；
滚转控制：当无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)垂直向上时，通过调节无人机前电机旋翼(7)的拉力差，实现对滚转角的控制；增大右侧前电机旋翼(7)转速，减小左侧前电机旋翼(7)转速，使无人机产生滚转；
偏航控制：当无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)垂直向上时，通过调节后倾转座(8)的倾转角度，实现对偏航角度的控制，将后倾转座(8)倾转一定角度，使无人机产生偏航；
(2)固定翼飞行模式：
随着无人机水平速度的增大，2个前电机旋翼(7)倾转到水平位置时，后电机旋翼(9)停止工作时，无人机完全由副翼(3)和垂直尾翼(4)进行控制；通过控制2个前电机旋翼(7)的推力大小以及副翼(3)舵面角度实现固定翼飞行；
(3)水面航行模式：
无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)停止工作，气瓶(16)通过气囊控制器(14)向右后方气囊(13)、左后方气囊(15)、前方气囊(17)充满空气使无人机漂浮于水面，尾舵(12)左右转动控制无人机航向，螺旋桨(11)控制无人机前进后退速度；
(4)水下航行模式：
无人机的2个前电机旋翼(7)与后电机旋翼(9)停止工作，气瓶(16)通过气囊控制器(14)向右后方气囊(13)、左后方气囊(15)、前方气囊(17)充入空气保证无人机潜深；
俯仰控制：通过气囊控制器(14)控制气囊右后方气囊(13)和左后方气囊(15)与前方气囊(17)储气量之差控制无人机水下俯仰角度；增大右后方气囊(13)储气量和左后方气囊(15)储气量，减小前方气囊(17)储气量，使无人机产生俯仰；
滚转控制：通过气囊控制器(14)控制右后方气囊(13)与左后方气囊(15)储气量之差从而控制无人机水下滚转角度；增大右后方气囊(13)储气量，减小左后方气囊(15)储气量，使无人机产生滚转；尾舵(12)左右转动控制无人机航向，螺旋桨(11)控制无人机前进后退速度。
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