一种水陆两栖复合翼无人机及其控制方法与流程

2021-02-15 08:02:23|

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本发明属于无人机的技术领域，特别是指一种水陆两栖复合翼无人机及其控制方法。

背景技术：

随着无人机技术、传感器技术、先进控制方式的不断发展，无人机的功能越来越复杂，稳定性也越来越好。无人机在民用、军用、警用方面都有广泛的应用。按飞行平台构型分类，无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机等。

在实际应用中采用固定翼无人机，具有航程长、负载高的优势，但是使用条件受起飞场地等因素的限制，往往需要采取伞降，或者在作业点较远的合适区域起飞降落。如授权公告日为2019.05.14、授权公告号为cn208855870u的实用新型专利公开的一种固定翼无人机，包括垂直起降系统、固定翼系统、以及设于垂直起降系统上的锁定装置。

而旋翼无人机虽然不受起飞场地的限制，但是飞机航程短，负载能力小，因此旋翼无人机无法完成长航程、重负载的飞行任务。如申请公布日2018.10.02、申请公布号为cn108609181a的发明专利申请公开的一种实景三维测绘航拍无人机及其控制方法，其结构包括机身、四个螺旋翼以及起落架，在机身的下方设置有机舱。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种水陆两栖复合翼无人机及其控制方法，解决了现有无人机起飞便捷性与续航能力、载重能力不能兼具的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种水陆两栖复合翼无人机，包括机身，机身两侧设置有对称的固定翼，机身的头部设置有竖向螺旋桨，机身的尾部设置有尾翼和方向舵，所述机身连接有可收放机轮系统，所述机身的两侧设置有水平螺旋翼组，水平螺旋翼组包括前螺旋翼组和后螺旋翼组，后螺旋翼组的位置高度高于前螺旋翼组的位置高度，所述固定翼位于前螺旋翼组和后螺旋翼组之间，所述竖向螺旋桨、方向舵和水平螺旋翼组分别连接有电动驱动系统。

进一步地，所述前螺旋翼组包括对称设置在机身两侧的两个前螺旋翼，后螺旋翼组包括对称设置在机身两侧的两个后螺旋翼，两个后螺旋翼与两个前螺旋翼围绕整机的重心呈x型分布。

进一步地，所述前螺旋翼与后螺旋翼之间的连线与机身的轴线呈3°-10°的夹角。

进一步地，所述机身的纵截面为椭圆形且中间段的直径大于两端的直径。

进一步地，所述机身内设置有小型发电机，小型发电机与所述电动驱动系统相连。

进一步地，所述机身的下方设置有两片稳定片，两片稳定片沿机身的长度方向设置且关于机身的中线左右对称。

进一步地，水陆两栖复合翼无人机的控制方法，包括起飞阶段、巡航阶段和降落阶段：

所述起飞阶段包括水上起飞模式和陆上起飞模式，两种起飞模式均包括三种控制方式：

①控制竖向螺旋桨启动以产生拉力，以固定翼飞行模式实现滑行起飞；

②控制水平螺旋翼组启动，以螺旋翼飞行模式实现垂直起飞；

③控制竖向螺旋桨启动产生拉力的同时，控制水平螺旋翼组同时启动，实现滑行起飞和垂直起飞的复合方式起飞；

所述巡航阶段包括小载荷巡航模式和重载荷巡航模式，小载荷巡航模式时只控制竖向螺旋桨启动，以固定翼飞行模式巡航；重载荷巡航模式时控制竖向螺旋桨和水平螺旋翼组同时启动，以复合方式实现巡航；

所述降落阶段包括水上降落模式和陆上降落模式，两种降落模式均包括两种控制方式：

①当载荷较大时，控制水平螺旋翼组关闭，以固定翼滑跑模式降落；

②当载荷较小时，控制水平螺旋翼组启动，以垂直下降模式降落。

进一步地，所述降落阶段包括复合方式降落，当载荷较大、飞行速度低且接近水面或地面时，控制水平螺旋翼组启动，实现滑行降落和垂直降落的复合方式降落。

进一步地，还包括过渡飞行阶段，当采用复合方式起飞后，空速不断增加的同时固定翼产生的升力会随之不断增加，同步控制水平螺旋翼组的转速逐渐降低，直至飞行升力完全由固定翼提供。

进一步地，还包括悬停阶段，当飞行到接近目标区域时，控制竖向螺旋桨的转速逐渐降低，直至达到目标区域时维持飞行的升力等于自身载荷的重力。

本发明不仅兼具水上起降和陆上起降功能，而且既能实现滑行起降，又能实现垂直起降，还能实现复合模式起降，因此能够结合具体地形条件、天气状况和负载大小选择合适的起降模式。另外，本发明通过对竖向螺旋桨和水平螺旋翼组的调控，提供了过渡飞行阶段、巡航阶段和悬停阶段的控制方法，使其在任意阶段均能稳定飞行，同时又能够达到节能降耗的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的左视图；

图中：1、机身；2、固定翼；3、竖向螺旋桨；4、尾翼；5、方向舵；6、前螺旋翼；7、后螺旋翼；8、稳定片。

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付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。

实施例1，一种水陆两栖复合翼无人机，如图1所示，包括船身式布置的机身1，机身1的纵截面为椭圆形且中间段的直径大于两端的直径。机身1中间段的两侧设置有对称的固定翼2，固定翼2为包括副翼和襟翼的矩形翼，能够实现传统副翼和襟翼的效果。

所述机身1的头部设置有竖向螺旋桨3，竖向螺旋桨3可提供拉力；机身1的尾部设置有尾翼4和方向舵5，尾翼4为双尾撑的垂直尾翼，尾翼4用于保持机身平衡；尾翼4上方对称设置有两个方向舵5，方向舵5配合副翼和襟翼实现转向功能。所述竖向螺旋桨3和方向舵5均连接有电动驱动系统，可以实现单一部件的单独控制。

所述机身1的底部连接有可收放机轮系统和两片稳定片8，两片稳定片8沿机身1的长度方向设置且关于机身1的中线左右对称。可收放机轮系统用于陆上滑行起降使用，稳定片8用于水上滑行起降和陆上垂直起降使用。在水面航行的时，稳定片8可以增加稳定性，减少波浪对机身的影响，在陆上垂直起降时降落可以增加稳定性。

所述机身1的两侧设置有与电动驱动系统相连的水平螺旋翼组，水平螺旋翼组包括前螺旋翼组和后螺旋翼组，后螺旋翼组的位置高度高于前螺旋翼组的位置高度，前低后高的方式，可以使无人机在水面起飞和降落的时候，防止后螺旋翼组接触到水面。

具体地，所述固定翼2位于前螺旋翼组和后螺旋翼组之间。如图2和图3所示，所述前螺旋翼组包括对称设置在机身1两侧的两个前螺旋翼6，前螺旋翼6通过支架与固定翼2相连，即前螺旋翼6间接与机身1相连。后螺旋翼组包括对称设置在机身1两侧的两个后螺旋翼7，后螺旋翼7通过支架直接与机身相连。两个后螺旋翼7与两个前螺旋翼6围绕整机的重心呈x型分布。前螺旋翼6和后螺旋翼7均包括与电动驱动系统相连的驱动电机，驱动电机连接有螺旋桨。

实施例2，一种水陆两栖复合翼无人机，所述前螺旋翼6与后螺旋翼7之间的连线与机身1的轴线呈3°-10°的夹角，在保证后螺旋翼7高于前螺旋翼6的基础上，保证了机身重心、机身型心、飞行姿态与螺旋翼产生的升力之间协调稳定。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种水陆两栖复合翼无人机，所述机身1内设置有小型发电机，小型发电机与所述电动驱动系统相连。无人机能够停泊在特定区域，运用自身携带的小型发电机为自身电动驱动系统的电池充电。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种水陆两栖复合翼无人机的控制方法，包括起飞阶段、巡航阶段和降落阶段：

所述起飞阶段包括水上起飞模式和陆上起飞模式，两种起飞模式均包括三种控制方式：

①控制竖向螺旋桨3启动以产生拉力，以固定翼2飞行模式实现滑行起飞；

②控制水平螺旋翼组启动，以螺旋翼飞行模式实现垂直起飞；

③控制竖向螺旋桨3启动产生拉力的同时，控制水平螺旋翼组同时启动，实现滑行起飞和垂直起飞的复合方式起飞；

所述巡航阶段包括小载荷巡航模式和重载荷巡航模式，小载荷巡航模式时只控制竖向螺旋桨3启动，以固定翼飞行模式巡航；重载荷巡航模式时控制竖向螺旋桨3和水平螺旋翼组同时启动，以复合方式实现巡航；

所述降落阶段包括水上降落模式和陆上降落模式，两种降落模式均包括两种控制方式：

①当载荷较大时，控制水平螺旋翼组关闭，以固定翼滑跑模式降落；