CN108859638A - 一种无尾桨高速单旋翼两栖探测直升机及其操控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，包括单旋翼动力系统、矢量推力系统、机壳、船体、机架、太阳能电池、雷达、激光探测器和电源；主要特点是在机身两侧指定位置安装两轴推力矢量动力系统，不仅可产生较大的前向推力，还可通过两套系统的推力矢量偏航差动，在平衡主桨扭矩的同时产生偏航控制力矩，同时还可通过两轴推力矢量系统的俯仰联动和差动形成对机身的俯仰及滚转控制力矩，克服单旋翼无人直升机在高速飞行过程中因桨叶前后行速度差导致升力不平衡造成的影响，船体配合单旋翼动力系统和矢量推力系统，在水面上无人直升机也能具有优异的机动性能，机尾安装有声呐装置，可对水下进行探测作业，并可以适时调换不同的位置。
Description
技术领域
本发明涉及单旋翼无人直升机技术领域，具体为一种无尾桨高速单旋翼具有太阳能电池带探测功能的无人直升机。
背景技术
目前，绝大多数无人直升机大多采用单旋翼带尾桨系统。其缺点主要表现为：传动机构复杂、功率损失大、尾梁太长导致灵活性下降、尾桨容易受到损伤及维护成本高等。对于小型无人直升机或小型无人无人直升机来说，有尾桨其灵活性更差，且传动机构复杂更容易出现机械故障，造成毁机。同时，带有尾桨的单旋翼无人直升机其飞行速度慢是一个显著的特征；续航能力一般，电源电能耗尽后无人直升机无法进行一下步作业或需要及时返航。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，以解决上述问题，包括单旋翼动力系统、矢量推力系统、机壳、船体、机架、太阳能电池、雷达、激光探测器和电源；所述无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的结构关于机械纵轴线对称；所述船体的浮力远大于机体的重力；设置对称结构的船体，在水面上能保持很好的平衡性，一方面，尽可能减轻无人直升机的重量，另一方面，通过结构设计，让船体有较大的浮力，减少无人直升机在空中时船体的阻力。
所述机架包括机架主体与两翼且呈三角形布局，所述单旋翼动力系统固定在机架主体上，所述矢量推力系统固定在机架两翼，所述机架主体安装在机壳内部，所述机架两翼从机架主体穿过机壳悬于机身外；所述船体安装在机壳下端；所述机壳分块一体铸造，安装成整体。当无人直升机需要降落在水面上时，船体的浮力支撑无人直升机悬浮在水面上，机身尾部通过连锁结构，将声呐装置释放到水中，通过控制模块控制声呐装置工作，探测水下的水文、鱼群或其他作用活动。所述太阳能电池安装在无人直升机上半部的机壳上，这样能更好的接收太阳光。特别是当无人直升机悬停在水面上时，太阳能电池对电源进行充电，大大提升了作业时间。所述雷达安装在机腹上，当无人直升机在空中的时候，打开雷达装置，对机身下边的空中和地面进行测控，特别是对地形勘探、森林防火、城市交通监测等具有很好的作用，所述雷达为毫米波雷达或其他更为精细的雷达，所述雷达口设置有防护罩，使用时打开防护罩，停止工作关闭防护罩，对雷达进行保护。所述激光探测器安装在机头部，探测无人直升机前方的飞行状况，及时规避障碍；还可以测定无人直升机距离地面高度，并将测定数据传输至控制模块，控制模块将信息传输至信号器，信号器发送数据至其他交互端，交互端作出回应，信号器接收信息，传输至控制模块，并对无人直升机单旋翼动力系统和矢量推力系统作出调控，控制无人直升机的下一步作业；当悬停在水面上时，如有大波浪涌来，激光探测检测到将信息传递到控制模块，控制模块发布信息至单旋翼动力系统和矢量推力系统，即无人直升机起飞避开风浪。在水面上时，还可以单旋翼动力系统提供一定的升力，矢量推力系统提供向前的推力，无人直升机在水面上进行快速滑行，大大提升无人直升机的机动性能。
所述电源为单旋翼动力系统、激光探测器、信号器、声呐装置、雷达和矢量推力系统提供电能，所述太阳能电池通过导线与电源连接，所述太阳能电池与电源连接线路中设置有整流电路、滤波电路、逆变调压电路，这样太阳能电池能对电源进行充电，无人直升机在执行任务的时候，太阳能电池能给电源充电，提升了无人直升机的续航能力，特别是无人直升机遇突发状况，电源电力不足已支持无人直升机返航时，拥有太阳能电池就能给电源充电，提升了无人直升机的使用极限。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述机架包括U形件、固定架、大方管、第一小方管、第二小方管、圆管和固定卡座；所述U形件开口朝下，两侧通过螺丝水平安装有大方管，所述大方管尾端通过固定卡座固定有圆管，所述圆管与大方管垂直；所述圆管末端安装固定有固定架，所述第一小方管一端固定在大方管前端，另一端固定在固定架上；所述第二小方管一端固定U形件上，另一端固定在固定架上；所述第一小方管、第二小方管不在同一水平面上，因此第一小方管、第二小方管与圆管构成三角锥，而固定架在端点，三个不同的方向的固定管将固定架能更好的固定，不易变形致使固定架位移。
所述单旋翼动力系统安装在U形件底板上，底板前端安装有主电机，所述主电机上安装有第一转轴；底板后端安装有第二转轴，所述第一转轴通过皮带与第二转轴连接，所述第二转轴固定有小齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合，所述大齿轮中轴线上焊接固定有第三转轴，所述第一舵机沿第三转轴均匀分布且固定安装在机壳上，所述第一舵机上安装有第一舵臂，所述第一舵臂通过第一连接杆与十字盘连接，所述十字盘通过第二连接杆与旋翼夹连接，所述旋翼夹上安装有主旋翼；所述主电机和第一舵机通过导线与电源连接。
所述固定架水平固定安装有支撑架，所述支撑架底座上固定安装有第二舵机，所述第二舵机安装有第二舵臂，所述支撑架上安装有云台，所述第二舵臂通过第三连接杆与云台连接；所述云台设置有支撑杆，所述支撑杆上活动安装有固定盘，所述固定盘固定安装有从电机，所述从电机上安装有上固定安装有从旋翼，所述云台上固定安装有第三舵机，所述第三舵机安装有第三舵臂，所述第三舵臂通过第四连接杆与固定盘连接；所述第二舵臂与第三舵臂成垂直设置；所述支撑架与支撑杆成垂直设置；所述第二舵机和第三舵机通过导线与电源连接。
所述无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机呈鸭式布局。即提升了无人直升机在空中的机动性能，也提升了无人直升机在水中的机能性能。
所述机壳内设置有控制模块，所述控制模块与主电机、第一舵机、第二舵机、第三舵机、激光探测器、信号器、声呐装置和雷达通过电数据连接，所述控制模块与电源通过导线连接，所述控制模块具有接收、存储、处理、发布信息功能。
所述太阳能电池为薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池。
所述壳体包括支柱层、固定层和碳纤维层，所述太阳能电池安装在壳体外侧的碳纤维层。
所述信号器具有接收和发送信息的功能。
一种无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的操控方法，包括以下步骤：
A1：开启无人直升机；
A2：选择空中模式或水面模式；
空中模式：
B1：选择快速起飞方法或正常起飞方法；
B2：快速起飞方法：
设备发送指令至控制模块，控制主电机和从电机的转速，控制第二舵机或第三舵机使矢量推力系统角度向下；
B3：正常起飞方法：设备发送指令至控制模块，控制控制主电机的转速；
空中前进方法：
C1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机，通过控制第一舵机控制十字盘的倾斜角；
空中快速前进方法：
C2：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机，通过控制第一舵机控制十字盘的倾斜角；
C3：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机或第三舵机，第二舵机或第三舵机控制从电机的角度与机身平行；
空中悬停方法：
D1：开启空中悬停模式，记录初始悬停图像；
D2：开始采样；
D3：将所述步骤D2中所采集的图像与初始图形对比，得出二者重叠区域；
D4：根据所述步骤D3中重叠区域，计算得出偏移量；
D5：根据所述步骤D4的计算结果，通过控制第一舵机、第二舵机或第三舵机的一个或几个来补偿偏移；
空中避障方法：
E1：开启激光探测器装置进行距离测定；
E2：无人直升机自动规避障碍；
空中转向方法：
F1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机，通过控制第一舵机控制十字盘的倾斜角；
F2：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机或第三舵机，第二舵机或第三舵机控制从电机水平转动；
无人直升机降落方法：
G1：发送降落指令；
G2：选择地面降落模式或水面降落模式；
G3：选择指定地点降落或垂直降落；
水面模式：
水面悬停方法：
H1：开启水面悬停模式；
H2：开启激光探测器和声呐装置，采集无人直升机周边环境数据并定位；
H3：将所述步骤H2中所采集的环境数据及定位划定区域；
H4：根据所述步骤H3中定位区域，计算得出偏移量；
H5：根据所述步骤H4的计算结果，通过控制第一舵机、第二舵机或第三舵机的一个或几个来补偿偏移；
水面前进方法：
I1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机，通过控制第一舵机控制十字盘的倾斜角；或设备发送指令至第二舵机或第三舵机，第二舵机或第三舵机控制从电机的角度与机身平行；
水面快速前进方法：
J1：设备发送指令至控制模块，控制主电机和第二舵机或第三舵机，第二舵机或第三舵机控制从电机的角度与机身平行；
水面起飞方法：
K1：设备发送指令至控制模块，控制主电机快速转动。
本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
本发明的有益效果，常规单旋翼无人直升机布局基础上提出了一种基于推力矢量结构的无尾桨高速无人直升机设计布局。其主要特点是在机身两侧指定位置安装两轴推力矢量动力系统，不仅可产生较大的前向推力，还可通过两套系统的推力矢量偏航差动，在平衡主桨扭矩的同时产生偏航控制力矩，同时还可通过两轴推力矢量系统的俯仰联动和差动形成对机身的俯仰及滚转控制力矩，克服单旋翼无人直升机在高速飞行过程中因桨叶前后行速度差导致升力不平衡造成的影响。该机型不仅能实现远超常规无人直升机的高速飞行，且结构简单，取消了常规尾桨传动部件，同时两套推力矢量系统可互为备份，保证了整机可靠性与安全性。外型特点呈鸭式布局，流线型的机身，大大减少了空气阻力，同时，因其外型结构特点，在做高难度动作或快速行进过程中，相对于其他机型，更具有平稳性。增加了探测功能和激光探测避免障碍功能，同时还可添加其他功能设备，扩大本发明的应运范围，增加其功能作用。机壳设置太阳能电池，增加了续航能力，以及提升了无人直升机的工作极限。由于船体配合单旋翼动力系统和矢量推力系统，在水面上无人直升机也能具有优异的机动性能，机尾安装有声呐装置，可对水下进行探测作业，并可以适时调换不同的位置。当悬停在水面上时，单旋翼动力系统和矢量推力系统关闭，耗能较大的装置关停，太阳能电池给电源进行充电，大大提升了续航能力及作业时长。
附图说明
图1是本发明外观结构图。
图2是本发明上外观正视图。
图3是本发明上外观俯视图。
图4是本发明内部结构示意图。
图5是本发明单旋翼动力系统换大结构示意图。
图6是本发明单旋翼动力系统正视图。
图7是本发明矢量推力系统示意图。
图8是本发明机壳一种实施例结构示意图。
图9是本发明机壳一种实施例结构示意图。
附图标记中：1、单旋翼动力系统；101、主电机；102、皮带；103、小齿轮；104、大齿轮；105、第一舵机；106、第一舵臂；107、第一连接杆；108、十字盘；109、第三转轴；110、第二连接杆；111、旋翼夹；112、主旋翼；2、矢量推力系统；201、支撑架； 202、第二舵机；203、第二舵臂；204、第三连接杆；205、云台；206、第三舵机；207、第三舵臂；208、第四连接杆；209、从电机；210、从旋翼；211、支撑杆；212、固定盘； 3、机壳；301、支柱层；302、固定层；303、碳纤维层；4、船体；5、机架；501、U形件； 502、大方管；503、第一小方管；504、第二小方管；505、圆管；506、固定架；507、固定卡座；6、机械纵轴线；7、太阳能电池；8、激光探测器；9、雷达；10、信号器；11、声呐装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)或“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”是用于区别类似的对象或便于本发明的结构描述，而不必用于描述特定的顺序或先后次序以及限制本发明的结构技术特征。应该理解这样使用的信息在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1-9所示，本实施例的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，包括单旋翼动力系统1、矢量推力系统2、机壳3、船体4、机架5、太阳能电池7、雷达9、信号器10、声呐装置11、激光探测器8和电源；无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的结构关于机械纵轴线6对称；机械结构的对称，能使无人直升机更加平稳，在高速运动和复杂机动运动时，在确保气机的基本平稳状态下及时调节单旋翼动力系统1和矢量推力系统2，做出精细操作。所述太阳能电池7安装在无人直升机上半部的机壳3上，这样能更好的接收太阳光，当无人直升机悬停在水面上时，太阳能电池7对电源进行充电，大大提升了作业时间。太阳能电池7安装在无人直升机上半部的机壳3上，雷达9安装在机腹上，激光探测器8安装在机头部。所述雷达9安装在机腹上，当无人直升机在空中的时候，打开雷达装置，对机身下边的空中和地面进行测控，特别是对地形勘探、森林防火、城市交通监测等具有很好的作用，所述雷达为毫米波雷达或其他更为精细的雷达，所述雷达口设置有防护罩，使用时打开防护罩，停止工作关闭防护罩，对雷达进行保护。防护罩打开时可以辅助激光探测器8对无人直升机进行高度定位。所述激光探测器8安装在机头部，探测无人直升机前方的飞行状况，及时规避障碍物。电源为单旋翼动力系统1、激光探测器8、雷达9、信号器10、声呐装置11和矢量推力系统2提供电能，太阳能电池7通过导线与电源连接，太阳能电池7与电源连接线路中设置有整流电路、滤波电路、逆变调压电路。无人直升机在执行任务的时候，太阳能电池7能给电源充电，提升了无人直升机的续航能力，特别是无人直升机遇突发状况，电源电力不足已支持无人直升机返航时，拥有太阳能电池7就能给电源充电，提升了无人直升机的使用极限。
声呐装置11为拖曳式声呐或便携式声呐的一种。声呐装置11由换能器基阵(常为收发兼用)、发射机(包括波形发生器、发射波束形成器)、定时中心、接收机、显示器、控制器等几个部分组成。声呐装置发射声波“照射”目标，而后接收水中目标反射的回波时间，以及回波参数以测定目标的参数。可用来探测水下目标，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。由于目标信息保存在回波之中，所以可根据接收到的回波信号来判断目标的存在，并测量或估计目标的距离、方位、速度等参量。具体地说，可通过回波信号与发射信号问的时延推知目标的距离，由回波波前法线方向可推知目标的方向，而由回波信号与发射信号之间的频移可推知目标的径向速度。此外由回波的幅度、相位及变化规律，可以识别出目标的外形、大小、性质和运动状态。为水下监测提供了极大的便利性。
机架5包括机架主体与两翼且呈三角形布局，单旋翼动力系统1固定在机架5主体上，矢量推力系统2固定在机架5两翼，机架5主体安装在机壳3内部，机架5两翼从机架主体穿过机壳3悬于机身外；船体4安装在机壳3下端；船体4的浮力远大于无人直升机的重力，当水面平静的时，机腹不着水。当无人直升机需要降落在水面上时，船体4的浮力支撑无人直升机悬浮在水面上，机身尾部通过连锁结构，将声呐装置11释放到水中，通过控制模块控制声呐装置11工作，探测水下的水文、鱼群或其他作用活动。所述电源为单旋翼动力系统1和矢量推力系统2提供电能。机架5安装上机壳3后，两翼与机体同样呈三角形布局，在常规单旋翼无人直升机布局基础上提出了一种基于推力矢量结构的无尾桨高速无人直升机设计布局。主要是在机身两侧指定位置安装两轴矢量推力系统2，不仅可产生较大的前向推力，还可通过两套系统的推力矢量偏航差动，在平衡主旋翼112扭矩的同时产生偏航控制力矩，同时还可通过两轴推力矢量系统的俯仰联动和差动形成对机身的俯仰及滚转控制力矩，克服单旋翼无人直升机在高速飞行过程中因旋翼前后行速度差导致升力不平衡造成的影响。当悬停在水面上时，如有大波浪涌来，激光探测检测8到将信息传递到控制模块，控制模块发布信息至单旋翼动力系统1和矢量推力系统2，即无人直升机起飞避开风浪。在水面上时，还可以单旋翼动力系统1提供一定的升力，矢量推力系统2提供向前的推力，无人直升机在水面上进行快速滑行，大大提升无人直升机在水面的机动性能。
控制模块上绑定自毁装置，当无人直升机遇到危险或失控时，或者其他智能设备及电磁信号入侵时，自毁装置启动，将控制模块摧毁。
机架5包括U形件501、固定架506、大方管502、第一小方管503、第二小方管504、圆管505和固定卡座507；U形件501开口朝下，U形件501底就在上方，方便安装单旋翼动力系统装置，同时，也可以将电源安装在U形件501的槽内，这样机身的重量能很好的平衡在机械纵轴线6上，两侧通过螺丝水平安装有大方管502，大方管502尾端通过固定卡座507固定有圆管505，圆管505与大方管502垂直；圆管505末端安装固定有固定架506，第一小方管503一端固定在大方管502前端，另一端固定在固定架506上；第二小方管504一端固定U形件501上，另一端固定在固定架506上，第一小方管503、第二小方管504不在同一水平面上。因此第一小方管、第二小方管与圆管构成三角锥，而固定架在端点，三个不同的方向的固定管将固定架能更好的固定，不易变形致使固定架位移。通过圆管505、第一小方管503和第二小方管504三方固定固定架506，且第一小方管503、第二小方管504不在同一水平面上，因此圆管505、第一小方管503和第二小方管504构成锥体结构，所以固定架506非常稳定，机架5结构精简，可以采用铝合金材料或碳纤维材料或其他轻质结构强的材料制作机架5，减轻机架5的自身重量，同时加强机架5的结构强度。其U形件501、方管及圆管等型材件也可以用直角型材或其他型材替代，主要是起固定固定架506的作用，并无特定的要求。
单旋翼动力系统1安装在U形件501底板上，底板前端安装有主电机101，主电机101上安装有第一转轴113；底板后端安装有第二转轴114，第一转轴113通过皮带102与第二转轴114连接，主电机101通过皮带102带动第二转轴114转动，第二转轴114固定有小齿轮103，小齿轮103与大齿轮104啮合，第二转轴114转动带动小齿轮103转动，进面通过啮合带动大齿轮104转动，大齿轮104中轴线上焊接固定有第三转轴109，因此，第三转轴109跟随大齿轮104转动，第一舵机105沿第三转轴109均匀分布且固定安装在机壳3上，第一舵机105设置至少2个，沿第三转轴109均匀分布；第一舵机105和十字盘108随第三转轴109转动，第一舵机105上安装有第一舵臂106，第一舵臂106通过第一连接杆107与十字盘108连接，第一舵机105通过第一舵臂106转动拉伸第一连接杆107 并作用于十字盘108上，造成十字盘108倾斜，十字盘108通过第二连接杆110与旋翼夹 111连接，旋翼夹111上安装有主旋翼112；因此十字盘108倾斜带动主旋翼112的方向倾斜，主电机101和第一舵机105通过导线与电源连接。由于十字盘108与主旋翼112的连接结构属于现有技术，故未做进一步详细说明。
固定架506水平固定安装有支撑架201，支撑架201底座上固定安装有第二舵机202，第二舵机202安装有第二舵臂203，支撑架201上安装有云台205，第二舵臂203通过第三连接杆204与云台205连接。第二舵机202带动第二舵臂203转动，通过第三连接杆204 作用于云台205，使云台205绕固定杆转动。云台205设置有支撑杆211，支撑杆211上活动安装有固定盘212，固定盘212固定安装有从电机209，从电机209上安装有上固定安装有从旋翼210，云台205上固定安装有第三舵机206，第三舵机206安装有第三舵臂 207，第三舵臂207通过第四连接杆208与固定盘212连接。第三舵机206通过控制第三舵臂207转动连带第四连接杆208作用于固定盘212，控制固定盘212绕其固定在支撑杆 211的活动杆转动。第二舵臂203与第三舵臂207成垂直设置；支撑架201与支撑杆211 成垂直设置；所以可以通过第二舵机202和第三舵机206从横向和纵向调控固定盘212的转向，从而对矢量推力系统2进行精细的角度调控。第二舵机202和第三舵机206通过导线与电源连接。
无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机呈鸭式布局。无人直升机采用鸭式布局，在正常飞行状态下并没有多少优越性，但是当飞机需做大强度的机动如上仰、小半径盘旋等动作时，或快速前进动作时，该机型不仅能实现远超常规无人直升机的高速飞行，且结构简单，取消了常规尾桨传动部件，同时两套推力矢量系统可互为备份，保证了整机可靠性与安全性。在水面上时，可以调控矢量推力系统2角度向下，即可以提供向上的升力，也可以提供向前的推力，在配合单旋翼动力系统1，在水面上可以高速机动作业。
U形件501上安装有控制模块，控制模块与主电机101、第一舵机105、第二舵机202、第三舵机206、激光探测器8、雷达9、声呐装置和信号器10通过电数据连接，控制模块与电源通过导线连接。通过控制模块来调控主电机101、第一舵机105、第二舵机202和第三舵机206来进行矢量推动，作出很多精细高难度的飞行动作。所述控制模块具有接收、存储、处理、发布信息功能。所述信号器具有接收和发布信息的功能，由于碳纤维层具有屏蔽效应，控制模块安装在机身内部，为了避免无人直升机在接收和发送信息受阻，因此设置信号器用于与其他智能设备或控制模块进行信处交互。
太阳能电池7为薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池。能根据机壳3的表面进行曲面安装，而又不影响无人直升机的气动性；而且薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池非常薄，重量很轻，对机身的重量影响不大。
壳体3包括支柱层301、固定层302和碳纤维层303，太阳能电池7安装在壳体3外侧的碳纤维层303。碳纤维材料具有优良的导电性，对电磁波具有屏蔽作用；减轻了无人直升机的自身重量，同时加强了无人直升机壳体3的强度。碳纤维材质是钢的强度5倍，质量的6分之1，因此，壳体结构强度大大提升，而重量减轻。
本实施例的一种无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的操控方法，包括以下步骤：
A1：开启无人直升机；接通电源，控制模块启动；
A2：选择空中模式或水面模式；
空中模式：
B1：选择快速起飞方法或正常起飞方法；
B2：快速起飞方法：
设备发送指令至控制模块，控制主电机101和从电机209的转速，主电机101转速越快，无人直升机的升力越大，控制第二舵机202或第三舵机206使矢量推力系统2角度向下；从电机209带动从旋翼210转动，产生一个向上的分力，因此向上的合力更大，无人直升机能更快速起飞；
B3：正常起飞方法：设备发送指令至控制模块，控制控制主电机101的转速，带动主旋翼112转动，产生升力，当升力大于无人直升机的重力时，无人直升机即起飞；
空中前进方法：
C1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机105，通过控制第一舵机105控制十字盘108的向前的倾斜角；最终致使主旋翼112偏向向前的方向，无人直升机向前运动；
空中快速前进方法：
C2：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机105，通过控制第一舵机105控制十字盘108的倾斜角；最终致使主旋翼112偏向向前的方向，无人直升机向前运动；
C3：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机202或第三舵机206，第二舵机202或第三舵机206控制从电机209的角度与机身平行；因此从旋翼210所产生的推力全部向前，向前的推力可达到最大，无人直升机的前进速度也能达到最快。
空中悬停方法：
D1：开启空中悬停模式，记录初始悬停图像；雷达9开启；
D2：开始采样；将雷达9所测图像数据传输至控制模块，
D3：将步骤D2中所采集的图像与初始图形对比，得出二者重叠区域；
D4：根据步骤D3中重叠区域，计算得出偏移量；
D5：根据步骤D4的计算结果，通过控制第一舵机105、第二舵机202或第三舵机206的一个或几个的角度变化来补偿偏移；
空中避障方法：
E1：开启激光探测器8装置进行距离测定；也可以用雷达9进行距离测定，特别是无人直升机执行降落指令时，雷达对无人直升机下方的地形及高度进行测定并将图像数据传输至控制模块；
E2：无人直升机自动规避障碍；一检测到障碍物距离30m，控制模块控制第一舵机105、第二舵机202或第三舵机206的一个或几个变换角度；改变无人直升机的运动方向；
空中转向方法：
F1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机105，通过控制第一舵机105控制十字盘108的倾斜角；进而控制主旋翼112的朝向，无人直升机产生扭矩，从而实现转向；
F2：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机202或第三舵机206，第二舵机202或第三舵机206控制从电机209水平转动；从旋翼210产生水平扭矩，配合主旋翼112实现转向；
无人直升机降落方法：
G1：发送降落指令；
G2：选择地面降落模式或水面降落模式；
G3：选择指定地点降落或垂直降落；
水面模式：
水面悬停方法：
H1：开启水面悬停模式；
H2：开启激光探测器8和声呐装置11，采集无人直升机周边环境数据并定位；由于水面受环境影响比地面更大，如遇风浪激光探测器8测定数据传输至控制模块，控制模块发布紧急起飞指令，并执行K1步骤；
H3：将步骤H2中所采集的环境数据及定位划定区域；
H4：根据步骤H3中定位区域，计算得出偏移量；
H5：根据步骤H4的计算结果，通过控制第一舵机105、第二舵机202或第三舵机206的一个或几个来补偿偏移；
水面前进方法：
I1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机105，通过控制第一舵机105控制十字盘108的倾斜角；或设备发送指令至第二舵机202或第三舵机206，第二舵机202或第三舵机206控制从电机209的角度与机身平行；主旋翼112产生向前的分力或从旋翼210产生向前的推力，无人直升机在船体4的浮力作用下，实现前进运动；
水面快速前进方法：
J1：设备发送指令至控制模块，控制主电机101和第二舵机202或第三舵机206，第二舵机202或第三舵机206控制从电机209的角度与机身平行；主旋翼产生较强的向上升上减少水对船体4的阻力，从旋翼210产生向前的推力，无人直升机在船体4的浮力作用下，类似于气垫艇的运动原理，因此能快速前进；
水面起飞方法：
K1：设备发送指令至控制模块，控制主电机101快速转动。主旋翼112产生向上的升力，当升力大于无人直升机的重力时，无人直升机实现起飞。
设备发送指令设备包括手柄、手机APP或其他电子智能控制设备，由于是现有技术，故未做进一步说明。控制模块通过信号器10与设备连接，控制模块预设了紧急起飞指令和规辟障碍指令。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：包括单旋翼动力系统(1)、矢量推力系统(2)、机壳(3)、船体(4)、机架(5)、太阳能电池(7)、雷达(9)、激光探测器(8)、信号器(10)、声呐装置(11)和电源；所述无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的结构关于机械纵轴线(6)对称；
所述机架(5)包括机架主体与两翼且呈三角形布局，所述单旋翼动力系统(1)固定在机架(5)主体上，所述矢量推力系统(2)固定在机架(5)两翼，所述机架(5)主体安装在机壳(3)内部，所述机架(5)两翼从机架主体穿过机壳(3)悬于机身外；所述船体(4)安装在机壳(3)下端；所述太阳能电池(7)安装在无人直升机上半部的机壳(3)上，所述雷达(9)安装在机腹上，所述激光探测器(8)安装在机头部；所述信号器(10)安装在机尾上；所述声呐装置(11)安装在机尾部；
所述机壳(3)内安装有控制模块，所述控制模块与主电机(101)、第一舵机(105)、第二舵机(202)、第三舵机(206)、激光探测器(8)、信号器(10)、声呐装置(11)和雷达(9)通过电数据连接，所述控制模块与电源通过导线连接，所述控制模块具有接收、存储、处理、发布信息功能；所述信号器(10)具有接收、发送信息功能。
所述电源为单旋翼动力系统(1)、激光探测器(8)、信号器(10)、声呐装置(11)、雷达(9)和矢量推力系统(2)提供电能，所述太阳能电池(7)通过导线与电源连接，所述太阳能电池(7)与电源连接线路中设置有整流电路、滤波电路、逆变调压电路。
2.根据权利要求1所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述机架(5)包括U形件(501)、固定架(506)、大方管(502)、第一小方管(503)、第二小方管(504)、圆管(505)和固定卡座(507)；所述U形件(501)开口朝下，两侧通过螺丝水平安装有大方管(502)，所述大方管(502)尾端通过固定卡座(507)固定有圆管(505)，所述圆管(505)与大方管(502)垂直；所述圆管(505)末端安装固定有固定架(506)，所述第一小方管(503)一端固定在大方管(502)前端，另一端固定在固定架(506)上；所述第二小方管(504)一端固定U形件(501)上，另一端固定在固定架(506)上，所述第一小方管(503)、第二小方管(504)不在同一水平面上。
3.根据权利要求2所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述单旋翼动力系统(1)安装在U形件(501)底板上，底板前端安装有主电机(101)，所述主电机(101)上安装有第一转轴(113)；底板后端安装有第二转轴(114)，所述第一转轴(113)通过皮带(102)与第二转轴(114)连接，所述第二转轴(114)固定有小齿轮(103)，所述小齿轮(103)与大齿轮(104)啮合，所述大齿轮(104)中轴线上焊接固定有第三转轴(109)，所述第一舵机(105)沿第三转轴(109)均匀分布且固定安装在机壳(3)上，所述第一舵机(105)上安装有第一舵臂(106)，所述第一舵臂(106)通过第一连接杆(107)与十字盘(108)连接，所述十字盘(108)通过第二连接杆(110)与旋翼夹(111)连接，所述旋翼夹(111)上安装有主旋翼(112)；所述主电机(101)和第一舵机(105)通过导线与电源连接。
4.根据权利要求3所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述固定架(506)水平固定安装有支撑架(201)，所述支撑架(201)底座上固定安装有第二舵机(202)，所述第二舵机(202)安装有第二舵臂(203)，所述支撑架(201)上安装有云台(205)，所述第二舵臂(203)通过第三连接杆(204)与云台(205)连接；所述云台(205)设置有支撑杆(211)，所述支撑杆(211)上活动安装有固定盘(212)，所述固定盘(212)固定安装有从电机(209)，所述从电机(209)上安装有上固定安装有从旋翼(210)，所述云台(205)上固定安装有第三舵机(206)，所述第三舵机(206)安装有第三舵臂(207)，所述第三舵臂(207)通过第四连接杆(208)与固定盘(212)连接；所述第二舵臂(203)与第三舵臂(207)成垂直设置；所述支撑架(201)与支撑杆(211)成垂直设置；所述第二舵机(202)和第三舵机(206)通过导线与电源连接。
5.根据权利要求1所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机呈鸭式布局。
6.根据权利要求1所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述太阳能电池(7)为薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池。
7.根据权利要求1所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机，其特征在于：所述壳体(3)包括支柱层(301)、固定层(302)和碳纤维层(303)，所述太阳能电池(7)安装在壳体(3)外侧的碳纤维层(303)。
8.一种如权利要求4所述的无尾桨高速单旋翼两栖探测无人直升机的操控方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：开启无人直升机；
A2:选择空中模式或水面模式；
空中模式：
B1:选择快速起飞方法或正常起飞方法；
B2：快速起飞方法：
设备发送指令至控制模块，控制主电机(101)和从电机(209)的转速，控制第二舵机(202)或第三舵机(206)使矢量推力系统(2)角度向下；
B3：正常起飞方法：设备发送指令至控制模块，控制控制主电机(101)的转速；
空中前进方法：
C1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机(105)，通过控制第一舵机(105)控制十字盘(108)的倾斜角；
空中快速前进方法：
C2：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机(105)，通过控制第一舵机(105)控制十字盘(108)的倾斜角；
C3：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机(202)或第三舵机(206)，第二舵机(202)或第三舵机(206)控制从电机(209)的角度与机身平行；
空中悬停方法：
D1：开启空中悬停模式，记录初始悬停图像；
D2：开始采样；
D3:将所述步骤D2中所采集的图像与初始图形对比，得出二者重叠区域；
D4：根据所述步骤D3中重叠区域，计算得出偏移量；
D5：根据所述步骤D4的计算结果，通过控制第一舵机(105)、第二舵机(202)或第三舵机(206)的一个或几个来补偿偏移；
空中避障方法：
E1：开启激光探测器(8)装置进行距离测定；
E2：无人直升机自动规避障碍；
空中转向方法：
F1:设备发送指令至控制模块，控制第一舵机(105)，通过控制第一舵机(105)控制十字盘(108)的倾斜角；
F2：设备发送指令至控制模块，控制第二舵机(202)或第三舵机(206)，第二舵机(202)或第三舵机(206)控制从电机(209)水平转动；
无人直升机降落方法：
G1：发送降落指令；
G2：选择地面降落模式或水面降落模式；
G3：选择指定地点降落或垂直降落；
水面模式：
水面悬停方法：
H1：开启水面悬停模式；
H2：开启激光探测器(8)和声呐装置(11)，采集无人直升机周边环境数据并定位；
H3:将所述步骤H2中所采集的环境数据及定位划定区域；
H4：根据所述步骤H3中定位区域，计算得出偏移量；
H5：根据所述步骤H4的计算结果，通过控制第一舵机(105)、第二舵机(202)或第三舵机(206)的一个或几个来补偿偏移；
水面前进方法：
I1：设备发送指令至控制模块，控制第一舵机(105)，通过控制第一舵机(105)控制十字盘(108)的倾斜角；或设备发送指令至第二舵机(202)或第三舵机(206)，第二舵机(202)或第三舵机(206)控制从电机(209)的角度与机身平行；
水面快速前进方法：
J1:设备发送指令至控制模块，控制主电机(101)和第二舵机(202)或第三舵机(206)，第二舵机(202)或第三舵机(206)控制从电机(209)的角度与机身平行；
水面起飞方法：
K1：设备发送指令至控制模块，控制主电机(101)快速转动。
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