CN113306710B - 一种管式发射复合翼无人机及实现横滚动作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式发射复合翼无人机及实现横滚动作的方法，包括机身、两个侧翼和两个尾翼，所述的机身底部开设有下机翼收纳槽，所述的下机翼收纳槽中安装有可旋转的下机翼，在无人机上的增设了下机翼，在侧翼上安装有螺旋桨，实现了固定翼模式飞行到目标点再悬停，提高了吊舱的稳定性，解决了现有技术中管式发射无人机无法悬停的技术问题；此外，无人机通过控制第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨的转速来使无人机实现横滚动作，使得无人机在固定翼模式下飞行时，不但侧翼可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，三个螺旋桨之间变换不同的转速也可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，增加了姿态变换速率和减小了侧翼载荷。

Description

一种管式发射复合翼无人机及实现横滚动作的方法

技术领域

本发明属于无人机飞行控制技术领域，涉及管式发射无人机、折叠无人机、固定翼无人机、多旋翼无人机，具体涉及一种管式发射复合翼无人机及实现横滚动作的方法。

背景技术

目前，市面上无人机在飞行控制和动力驱动方面发展已经非常成熟；但另一方面，基于常规无人机的飞行原理，在面向多元化的飞行任务也显示出先天不足：多旋翼无人机结构方式导致无人机飞行速度低、续航时间短、远程响应速度慢，固定翼结构方式导致无人机最低飞行速度高、无法悬停侦察、容易被发现，飞行方式受限制，常规的无人机起飞方式导致无人机起飞准备时间长、对起飞场地要求高、起飞速度慢。这些使得常规无人机在一些特定的场合受到了极大的限制。

目前市场上现有的管式发射无人机主要为固定翼模式。由于固定翼续航时间长，飞行距离远，管式发射有一定的初速度，所以目前管式发射无人机大多数为固定翼模式。但是由于固定翼的本身气动特性，使得固定翼在飞行过程中必须有一定的速度来提供升力，无法实现悬停，降落的时候通过降落伞降落，降落伞设备导致固定翼设备增加，且飞行方式受限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种管式发射复合翼无人机及实现横滚动作的方法，解决现有技术中管式发射无人机无法悬停的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种管式发射复合翼无人机，包括机身、两个侧翼和两个尾翼，所述的机身底部开设有下机翼收纳槽，所述的下机翼收纳槽中安装有可旋转的下机翼，所述的下机翼上安装有可旋转的第一螺旋桨；所述的两个侧翼上分别安装有可旋转的第二螺旋桨和第三螺旋桨；

所述的机身上靠近两个侧翼处均设置有用于收纳侧翼的第一收纳面，所述的第一收纳面之间成第一预设角；所述的机身上靠近两个尾翼处均设置有第二收纳面，所述的第二收纳面之间成第二预设角。

本发明还具有以下技术特征：

具体的，所述的下机翼收纳到下机翼收纳槽内时，下机翼的尾部不超出机身的尾部。

具体的，所述的下机翼上安装有第一电机，所述的两个侧翼上分别安装有第二电机和第三电机，所述的第一电机的功率不小于第二电机的功率。

具体的，所述的侧翼和尾翼上均设置有限位柱，所述的限位柱用于限定侧翼沿第一收纳面展开时的角度取值范围为60°～90°和尾翼沿第二收纳面展开时的角度取值范围为60°～90°。

具体的，所述的第一螺旋桨的直径不小于第二螺旋桨和第三螺旋桨中任意一个的直径。

具体的，所述的第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨均匀分布在一个圆周上，所述的圆周的圆心在无人机垂直状态下的重心所在的轴线上。

具体的，所述的第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同。

具体的，所述的机身内设置有控制模块，所述的控制模块用于基于横滚指令分别调控第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨的转速。

一种无人机实现横滚动作的方法，所述的管式发射复合翼无人机，通过控制第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨的转速来使无人机实现横滚动作。

具体的，所述的通过控制第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨的转速来使无人机实现横滚动作的具体操作是：

设定第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同；

需要实现逆时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和大于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和；

需要实现顺时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和小于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

（Ⅰ）本发明中在无人机的机身底部增设了下机翼，在侧翼上安装有螺旋桨，使得管式无人机单依靠旋翼也可以实现在空中旋翼模式下的悬停和垂直降落，可以实现固定翼模式飞行到目标点再悬停，提高了吊舱的稳定性，解决现有技术中管式发射无人机无法悬停的技术问题。

（Ⅱ）本发明将管式发射无人机设计为复合翼模式，可以将无人机体积缩小到可通过管式包装箱运输，体积小、运输方便，也可以实现垂直降落，无需跑道，回收率高，机动性好，即可以实现管式发射固定翼的零长起飞优势。

（Ⅲ）本发明中的无人机在固定翼模式下飞行时，不但侧翼可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，三个螺旋桨之间变换不同的转速也可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，侧翼和螺旋桨同时作用飞机横滚动作，增加了姿态变换速率和减小了侧翼载荷。

附图说明

图1为本发明的无人机展开平飞时的结构示意图；

图2为本发明的无人机展开悬停时的结构示意图；

图3为本发明的无人机折叠时俯视结构示意图；

图4为本发明的无人机折叠时侧视结构示意图；

图5为本发明的未发射前在炮筒中的结构示意图；

图6为本发明的限位柱的放大结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-机身，2-侧翼，3-尾翼，4-下机翼收纳槽，5-下机翼，6-第一螺旋桨，7-第二螺旋桨，8-第三螺旋桨，9-第一收纳面，10-第二收纳面，11-第一电机，12-第二电机，13-第三电机。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的可旋转是指绕部件本身的端点做顺时针或逆时针转动。

需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本实施例给出了一种管式发射复合翼无人机，如图1至图6所示，包括机身1、两个侧翼2和两个尾翼3，机身1底部开设有下机翼收纳槽4，下机翼收纳槽4中安装有可旋转的下机翼5，下机翼5上安装有可旋转的第一螺旋桨6；两个侧翼2上分别安装有可旋转的第二螺旋桨7和第三螺旋桨8；

机身1上靠近两个侧翼2处均设置有用于收纳侧翼2的第一收纳面9，第一收纳面9之间成第一预设角；机身1上靠近两个尾翼3处均设置有第二收纳面10，第二收纳面10之间成第二预设角。

上述技术方案中，通过在无人机的机身底部增设了下机翼，在侧翼上安装有螺旋桨，使得管式无人机单依靠旋翼也可以实现在空中旋翼模式下的悬停和垂直降落，可以实现固定翼模式飞行到目标点再悬停，提高了吊舱的稳定性，解决现有技术中管式发射无人机无法悬停的技术问题。

在本实施例中，第一预设角的取值范围是60°～180°，优选取值范围是120°～150°；第二预设角的取值范围是30°～180°，优选取值范围是60°～90°

作为本实施例的一种优选方案，下机翼5收纳到下机翼收纳槽4内时，下机翼5的尾部不超出机身1的尾部。保证了下机翼的设置不会占用多余的发射管的空间。

作为本实施例的一种优选方案，下机翼5上安装有第一电机11，两个侧翼2上分别安装有第二电机12和第三电机13，第一电机11的功率不小于第二电机12和第三电机13任意一个的功率，有利于提升炮射无人机的升力，具有更稳定的悬浮或垂直起降状态。

作为本实施例的一种优选方案，侧翼2和尾翼3上均设置有限位柱14，所述的限位柱14用于限定侧翼2沿第一收纳面9展开时的角度取值范围为60°～90°和尾翼3沿第二收纳面10展开时的角度取值范围为60°～90°。满足了无人机飞行时的机身平衡要求。

作为本实施例的一种优选方案，第一螺旋桨6的直径不小于第二螺旋桨7和第三螺旋桨8中任意一个的直径，有利于提升炮射无人机的升力，具有更稳定的悬浮或垂直起降状态。

作为本实施例的一种优选方案，第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8均匀分布在一个圆周上，圆周的圆心在无人机垂直状态下的重心所在的轴线上，保证的无人机的受力均匀。

作为本实施例的一种优选方案，第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同。

作为本实施例的一种优选方案，机身1内设置有控制模块，控制模块用于基于横滚指令调控第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8的转速，使至少一个螺旋桨的转速不同于其余螺旋桨的转速。

一种无人机实现横滚动作的方法，采用管式发射复合翼无人机，通过控制第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8的转速来使无人机实现横滚动作。

作为本实施例的一种优选方案，通过控制第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8的转速来使无人机实现横滚动作的具体操作是：

设定第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同；

需要实现逆时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和大于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和；

需要实现顺时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和小于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和。

在本实施例中，设定第一螺旋桨6的顺时针旋转，第二螺旋桨7逆时针旋转，第三螺旋桨8顺时针旋转；当第一螺旋桨6和第三螺旋桨8转速之和大于第二螺旋桨7的转速时，螺旋桨的合力为顺时针方向，此时无人机受到一个逆时针方向的反向作用力，则无人机出现逆时针旋转的趋势，而产生的横滚扭矩使无人机实现逆时针横滚动作；当第一螺旋桨6和第三螺旋桨8转速之和小于第二螺旋桨7的转速时，螺旋桨的合力为逆时针方向，此时无人机受到一个顺时针方向的反向作用力，则无人机出现顺时针旋转的趋势，产生的横滚扭矩使无人机实现顺时针横滚动作。

上述技术方案中，无人机在固定翼模式下飞行时，不但侧翼可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，三个螺旋桨之间变换不同的转速也可以产生横滚扭矩来使飞机实现横滚动作，侧翼和螺旋桨同时作用飞机横滚动作，增加了姿态变换速率和减小了侧翼载荷。

本发明的工作过程如下所述：

首先，将第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8分别与第一电机11、第二电机12和第三电机13固定，并手动将侧翼2、尾翼3、下机翼5以及螺旋桨均处于折叠状态。然后，给无人机上电，并将折叠好的无人机放置于火箭发射管内。当无人机发射到指定位置后，无人机与火箭发射管脱离，且无人机的侧翼2、尾翼3和下机翼5自动展开，侧翼2、尾翼3受限位柱限位到旋转90°位置。最后，无人机启动电机，第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋8桨在离心力作用下自动展开，开启固定翼飞行模式。无人机舵机控制侧翼2来进行滚转、偏航、俯仰等姿态，第一螺旋桨6、第二螺旋桨7和第三螺旋桨8提供向前的拉力。

无人机以固定翼模式飞行到指定位置后，转为机头朝上，开启旋翼模式悬停，并执行任务，无人机执行完任务后，以旋翼模式垂直降落，以机身1的尾部、尾翼为支撑。

Claims (9)

1.一种管式发射复合翼无人机，包括机身（1）、两个侧翼（2）和两个尾翼（3），其特征在于，所述的机身（1）底部开设有下机翼收纳槽（4），所述的下机翼收纳槽（4）中安装有可旋转的下机翼（5），所述的下机翼（5）上安装有可旋转的第一螺旋桨（6）；所述的两个侧翼（2）上分别安装有可旋转的第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）；所述的第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）在无人机展开状态下均匀分布在一个圆周上，所述的圆周的圆心在无人机垂直状态下的重心所在的轴线上；

所述的机身（1）上靠近两个侧翼（2）处均设置有用于收纳侧翼（2）的第一收纳面（9），所述的第一收纳面（9）之间成第一预设角；所述的机身（1）上靠近两个尾翼（3）处均设置有第二收纳面（10），所述的第二收纳面（10）之间成第二预设角。

2.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的下机翼（5）收纳到下机翼收纳槽（4）内时，下机翼（5）的尾部不超出机身（1）的尾部。

3.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的下机翼（5）上安装有第一电机（11），所述的两个侧翼（2）上分别安装有第二电机（12）和第三电机（13），所述的第一电机（11）的功率不小于第二电机（12）和第三电机（13）任意一个的功率。

4.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的侧翼（2）和尾翼（3）上均设置有限位柱（14），所述的限位柱（14）用于限定侧翼（2）沿第一收纳面（9）展开时的角度取值范围为60°～90°和尾翼（3）沿第二收纳面（10）展开时的角度取值范围为60°～90°。

5.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的第一螺旋桨（6）的直径不小于第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）中任意一个的直径。

6.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同。

7.如权利要求1所述的管式发射复合翼无人机，其特征在于，所述的机身（1）内设置有控制模块，所述的控制模块用于基于横滚指令分别调控第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）的转速。

8.一种无人机实现横滚动作的方法，其特征在于，采用权利要求1至权利要求7任一所述的管式发射复合翼无人机，通过控制第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）的转速使无人机实现横滚动作。

9.如权利要求8所述的无人机实现横滚动作的方法，其特征在于，通过控制第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）的转速来使无人机实现横滚动作的具体操作是：

设定第一螺旋桨（6）、第二螺旋桨（7）和第三螺旋桨（8）中的两个旋转方向一致，另一个旋转方向不同；

需要实现逆时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和大于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和；

需要实现顺时针横滚动作时，控制顺时针旋转的螺旋桨的转速之和小于逆时针旋转的螺旋桨的转速之和。

Images