一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法，通过发动机矢量旋转系统使得飞行器的所有动力电机参与飞行作业的全过程，降低单个动力电机平均负载，并利用其低负载时相对较高的螺旋桨力效和系统力效，大幅增加固定翼模式下的任务负载与巡航时间。通过发动机的扭矩可以实现飞机姿态的细微调整。飞机靠后的两个动力电机的旋转方向是向后与向下，可以在不改变电机旋转方向的前提下尽可能缩短发动机矢量旋转系统支撑杆与机翼的距离，使得飞行器机身得到进一步精简。四个矢量旋转电机的矢量旋转由两个舵机完成控制，减少控制舵机数量，进一步降低机身重量，能够提升垂直起降飞行器的能量利用效率与飞行稳定度。

【技术实现步骤摘要】
一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法
本专利技术实施例涉及飞行器
，具体涉及一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法。
技术介绍
航空器的发展将人类活动的领域从平面变成了立体。进入二十世纪以来，无人航空器的快速发展使得机械，电子电气设备，复合材料得到了广泛的应用。主流航空器当中，固定翼航空器具有航程远、相对能耗低、负载能力强等优势。然而其不足之处也很明显，其对于飞行起降场地的要求较高，并且需要具有一定飞行技能的人员来进行操作。同样，四旋翼飞行器，具有操作简单，对起降场地要求低的优势，其不足为航程段，相对能耗高等缺陷。两类航空器优势互补，于是垂直起降的固定翼飞行器便开始逐渐进入大家的视野，并成为当前热门的发展趋势。初期垂直起降的固定翼飞行器，采用多旋翼与固定翼直接结合的方式。无法在飞行时进行稳定的飞行模式转换，不稳定的飞行平台容易对机载设备的精度造成一定的影响并直接影响设备的使用寿命。同时，多旋翼与固定翼飞行器的直接结合会出现飞行过程中动力电机闲置不参与工作的情况。上述两方面的限制使得垂直起降的飞行器在航程与载重方面出现了无法避免的损失。因此，如何提供一种飞行器方案，能够提升垂直起降飞行器的能量利用效率与飞行稳定度，是本领域技术人员系带解决的技术问题。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法，能够提升垂直起降飞行器的能量利用效率与飞行稳定度。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供一种倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，包括：飞行器控制系统，发动机矢量旋转系统，飞行器动力系统；所述飞行器控制系统用于测量飞行器飞行状态信息并接收飞行员控制信息，然后控制所述飞行器动力系统与发动机矢量旋转系统实现飞行控制；所述发动机矢量旋转系统用于改变飞行器电机拉力的方向，通过接收飞行器控制系统的信号，改变四枚发动机拉力相对于飞行器的角度；所述飞行器动力系统用于提供飞行器飞行时的动力来源，并根据接收飞行器控制系统的指令改变发动机拉力或推力的大小。优选地，所述飞行器控制系统包括：遥控数据接收器，姿态传感器，空速传感器，GPS信号传感器，三轴陀螺仪传感器，飞行控制系统整合所述姿态传感器、所述空速传感器、所述GPS信号传感器、所述三轴陀螺仪传感器获取的传感数据，并将所述传感数据打包处理分析，同时部分数据传向地面终端，以便通过地面控制台上的软件完成数据的查看和显示。优选地，所述飞行器控制系统还包括：对信号调理完成后输入发动机矢量旋转系统和飞行器动力系统，对发动机矢量旋转系统和飞行器动力系统完成控制。优选地，所述发动机矢量旋转系统还包括机身连接固定模块，支撑杆，旋转结构模块，旋转控制舵机，舵机固定结构，电机固定底座，且支撑杆横穿飞行器机身，同时平行于机翼，并垂直于机身对称轴，支撑杆由在机身内部的舵机驱动旋转，实现发动机拉力方向旋转的动作。优选地，所述发动机矢量旋转系统还包括在四旋翼模式下，前后发动机的矢量方向差距为180度，也就是说，靠近机头的两枚发动机动力向上，提供的是拉力，同时靠后的两枚发动机动力向上提供的是推力。优选地，所述发动机矢量旋转系统的前后所有发动机所提供的动力方向是一致的，但是，在飞行模式由多旋翼转为固定翼时，在矢量旋转过程中，将发动机的原始方向定义为朝上、方向值为0点钟方向，从飞机的右侧观察，则靠前的发动机方向从12点钟方向以顺时针旋转90度，同时动力方向一直是拉力；靠后的发动机从6点钟方向顺时针旋转90度，同时动力方向一直是推力。优选地，所述飞行器动力系统的所有的动力电机会全程参与工作一直处于提供拉力或推力的状态，同时根据接收飞行器控制系统的指令改变发动机拉力或推力的大小。另一方面，本专利技术实施例提供一种倾转式垂直起降飞行器控制方法，应用于上述任一种倾转式垂直起降飞行器，包括：飞行器控制系统测量飞行器飞行状态信息并接收飞行员控制信息，然后控制所述飞行器动力系统与发动机矢量旋转系统实现飞行控制；发动机矢量旋转系统改变飞行器电机拉力的方向，通过接收飞行器控制系统的信号，改变四枚发动机拉力相对于飞行器的角度；飞行器动力系统提供飞行器飞行时的动力来源，并根据接收飞行器控制系统的指令改变发动机拉力或推力的大小。本专利技术实施例提供一种倾转式垂直起降飞行器及其控制方法，通过发动机矢量旋转系统使得飞行器的所有动力电机参与飞行作业的全过程，降低单个动力电机平均负载，并利用其低负载时相对较高的螺旋桨力效和系统力效，大幅增加固定翼模式下的任务负载与巡航时间。通过发动机的扭矩可以实现飞机姿态的细微调整。飞机靠后的两个动力电机的旋转方向是向后与向下，可以在不改变电机旋转方向的前提下尽可能缩短发动机矢量旋转系统支撑杆与机翼的距离，使得飞行器机身得到进一步精简。四个矢量旋转电机的矢量旋转由两个舵机完成控制，减少控制舵机数量，进一步降低机身重量，能够提升垂直起降飞行器的能量利用效率与飞行稳定度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。图1是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器的一个视角的总体示意图。图2是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器另一视角的总体示意图。图3是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器的飞行器动力系统的局部示意图。图4是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器中发动机矢量旋转系统的示意图。图5是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器中飞行器控制系统的逻辑结构框图。图6是本专利技术一种倾转式固定翼垂直起降飞行器的简化程序原理框图。附图标识如下：1-机身；11-机翼；2-发动机矢量旋转系统；21-舵机；22-舵机安装座；23-倾转传动机构；24-前旋翼支臂；25-后旋翼支臂；26-前旋翼支臂限位机构；27-后旋翼支臂限位机构；3-飞行器动力系统；31-电机；32-电机安装座；4-飞行器控制系统；5-起落架。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1，图2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，包括：飞行器控制系统，发动机矢量旋转系统，飞行器动力系统；/n所述飞行器控制系统用于测量飞行器飞行状态信息并接收飞行员控制信息，然后控制所述飞行器动力系统与发动机矢量旋转系统实现飞行控制；/n所述发动机矢量旋转系统用于改变飞行器电机拉力的方向，通过接收飞行器控制系统的信号，改变四枚发动机拉力相对于飞行器的角度；/n所述飞行器动力系统用于提供飞行器飞行时的动力来源，并根据接收飞行器控制系统的指令改变发动机拉力或推力的大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，包括：飞行器控制系统，发动机矢量旋转系统，飞行器动力系统；
所述飞行器控制系统用于测量飞行器飞行状态信息并接收飞行员控制信息，然后控制所述飞行器动力系统与发动机矢量旋转系统实现飞行控制；
所述发动机矢量旋转系统用于改变飞行器电机拉力的方向，通过接收飞行器控制系统的信号，改变四枚发动机拉力相对于飞行器的角度；
所述飞行器动力系统用于提供飞行器飞行时的动力来源，并根据接收飞行器控制系统的指令改变发动机拉力或推力的大小。


2.根据权利要求1所述的倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，所述飞行器控制系统包括：遥控数据接收器，姿态传感器，空速传感器，GPS信号传感器，三轴陀螺仪传感器，飞行控制系统整合所述姿态传感器、所述空速传感器、所述GPS信号传感器、所述三轴陀螺仪传感器获取的传感数据，并将所述传感数据打包处理分析，同时部分数据传向地面终端，以便通过地面控制台上的软件完成数据的查看和显示。


3.根据权利要求1所述的倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，所述飞行器控制系统还包括：对信号调理完成后输入发动机矢量旋转系统和飞行器动力系统，对发动机矢量旋转系统和飞行器动力系统完成控制。


4.根据权利要求1所述的倾转式垂直起降飞行器，其特征在于，所述发动机矢量旋转系统还包括机身连接固定模块，支撑杆，旋转结构模块，旋转控制舵机，舵机固定结构，电机固定底座，且支撑杆横穿飞行器机身，同时平行于机翼，并垂直于机身对称轴，支撑杆由在机身内部的舵机驱动旋转，实现发动机拉力方向旋转的动...

【专利技术属性】
技术研发人员：程杰，贺庆，张云，刘博，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，北京数采精仪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11