一种具有复合式升力结构的飞行器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种具有复合式升力结构的飞行器及其控制方法，包括机身，机身的两侧均水平设置有主升力动力组件，机身与主升力动力组件之间均设置有机翼一和机翼二，机翼一和机翼二为相对设置，机身的后部设置有推力动力组件，推力动力组件位于机身的纵向中轴处。本发明专利技术提供了具有复合式升力结构的飞行器，分别位于机体两侧的主升力动力组件将通过电机带动升力螺旋桨旋转，产生向上的升力、并通过电子调速器对电机的旋转速度进行控制以实现控制升力大小，达到控制飞机姿态和飞行高度的目的；位于飞机后侧的推力动力组件通过发动机带动推力螺旋桨旋转，产生向前的推力以抵抗飞机前飞时的阻力，进而达到控制飞机飞行速度的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合式升力结构的飞行器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及航空飞行器
，具体来说涉及一种具有复合式升力结构的飞行器及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，具备垂直起降能力的飞行器由于其能够不受地域限制而实现平稳起降，因而在市场已得到了广泛应用，现在主要有多旋翼飞行器与复合式布局垂直起降飞行器两种技术方案比较普遍。
[0003]多旋翼飞行器的动力组件全部用来提供垂直于机体的拉力，其具有很好的悬停性能。但其向前飞行时依靠倾斜机体的方式，会导致阻力迅速增加，故其最大飞行速度普遍较低，而且功耗较大。复合翼布局的垂直起降飞行器以多旋翼模式起飞，以固定翼模式平飞。到达一定高度后，前拉电机启动，加速到目标速度后，关闭多旋翼电机，只依靠机翼产生升力，具有好的平飞巡航性能。但这种布局的飞行器由于具有很大的机翼，使其在悬停模式时性能受到很大的影响。一方面机翼大大增加了整体的转动惯量且受风影响巨大，降低了控制精度，降低了稳定性；另一方面在悬停状态机翼为死重，降低了悬停的续航时间。
[0004]现有的复合式垂直起降固定翼的重心范围只有前部旋翼与后部旋翼距离的1％，在进行货物投放巡航过程中，对货物摆放位置要求高，对货物投放后的重量分布要求也高。
[0005]总的来说，由于传统的复合翼及多旋翼飞行器均具有一定的缺陷：飞行器在巡航阶段对重心位置要求高,飞行器在垂直起降与悬停时，机翼受风影响大、控制精度低、稳定性不够高，以及由于机翼重量原因导致悬停续航时间短、影响使用的问题，有待解决。
[0006]因此，亟待解决上述问题。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种具有复合式升力结构的飞行器，旨在提出一种新的复合式布局的飞行器，兼顾多旋翼和复合翼各自优势，解决多旋翼飞行器巡航速度低，平飞功耗大、航程短，复合翼布局飞行器在悬停时、机翼受风影响大、控制精度低、稳定性不够高，以及由于机翼重量原因导致悬停续航时间短的问题。
[0008]本专利技术的第二目的是提供一种巡航阶段主升力动力组件至少提供70％向上升力的具有复合式升力结构的飞行器。
[0009]本专利技术的第三目的是提供一种重心适应范围广的具有复合式升力结构的飞行器。
[0010]本专利技术的第四目的是提供一种具有复合式升力结构的飞行器的控制方法。
[0011]技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种具有复合式升力结构的飞行器，包括机身，所述机身的两侧均水平设置有主升力动力组件，所述机身与所述主升力动力组件之间均设置有机翼一和机翼二，所述机翼一和机翼二为相对设置，所述机身的后侧设置有推力动力组件，所述推力动力组件位于所述机身的纵向中轴处；
[0012]所述机翼二上分别设置有垂直尾翼一和垂直尾翼二，所述垂直尾翼一和垂直尾翼
二均与机身平行，所述垂直尾翼二位于靠近所述机身的一侧。
[0013]其中，主升力动力组件包括固定杆、电子调速器、电机和升力螺旋桨，所述电子调速器固定安装在所述固定杆的外壁上，所述电机固定安装在所述电子调速器的上端，所述升力螺旋桨转动安装在所述电机的上侧，所述升力螺旋桨的下端与所述电机固定连接。
[0014]优选的，推力动力组件包括发动机和推力螺旋桨，所述推力螺旋桨的一端与所述发动机固定连接，所述推力螺旋桨与所述发动机垂直，所述发动机与所述机身固定连接、且与所述机身平行。
[0015]再者，机翼一与所述机翼二对称设置于所述机身的两端，分别固定连接在所述机翼一与所述机翼二两侧的主升力动力组件呈一端靠近所述机身、另一端远离所述机身。
[0016]进一步，主升力动力组件具体为三组，且具有两种连接状态：状态一：所述的升力螺旋桨位于所述固定杆的一端，所述升力螺旋桨位于所述固定杆中位处，每两个所述固定杆首尾连接，且所述机翼一与所述机翼二分别固定于两个所述固定杆连接处的外壁。
[0017]优选的，机翼一的长度小于所述机翼二的长度，且所述机翼一与所述机翼二沿所述位于所述机身飞行方向依次分布。
[0018]再者，当飞行器巡航飞行时，主升力动力组件、机翼一和机翼二共同为飞行器提供向上升力，其中主升力动力组件至少提供70％的向上升力。
[0019]进一步，主升力动力组件的数量为N个，N为≥4的偶数，N个主升力动力组件对称分别于机身两侧；
[0020]当主升力动力组件的转速为中位转速V
中
时，其中V
中
＝K0×
V
大
，V
大
为主升力动力组件的最大转速，K0为小于1的系数；每一个主升力动力组件产生的升力为其中G为整机重量，飞行器的重心在中间处，即位于重心中限位置；
[0021]主升力动力组件的转速范围为K1×
V
大
～K2×
V
大
，K1和K2均为小于1的系数，K1<K0<K2，当主升力动力组件转速为K1×
V
大
时，每一个主升力动力组件产生升力为当主升力动力组件转速为K2×
V
大
时，每一个主升力动力组件产生升力为
[0022]当位于重心中限位置前部的主升力动力组件转速以K1×
V
大
旋转，位于重心中限位置后部的主升力动力组件转速以K2×
V
大
旋转时，飞行器的重心后限位置到重心中限位置的距离为其中L为前后主升力动力组件之间的距离，M1为位于重心中限位置前部的主升力动力组件的数量，M2为位于重心中限位置后部的主升力动力组件的数量；
[0023]当位于重心中限位置前部的主升力动力组件转速以K2×
V
大
旋转，位于重心中限位置后部的主升力动力组件转速以K1×
V
大
旋转时，飞行器的重心前限位置到重心中限位置的距离为其中L为前后主升力动力组件之间的距离，M1为位于重心中限位置前部的主升力动力组件的数量，M2为位于重心中限位置后部的主升力动力组件的数量。
[0024]本专利技术一种具有复合式升力结构的飞行器的控制方法，包括如下步骤：
[0025]在飞行器执行货物投放任务中，货物分布不均匀，飞行器的重心与飞行器自身重
心C不重叠，当前部货物重量小于后部货物重量时，飞行器巡航阶段的重心位于飞行器自身重心的后方，飞行器抬头发生姿态改变，飞控根据飞行姿态检测俯仰角，并根据俯仰角降低当位于重心中限位置前部的主升力动力组件转速，增大位于重心中限位置后部的主升力动力组件转速，使飞行器维持巡航过程中的水平姿态；
[0026]当前部货物重量大于后部货物重量时，飞行器巡航阶段的重心位于飞行器自身重心的前方，飞行器低头发生姿态改变，飞控根据飞行姿态检测俯仰角，并根据俯仰角增大当位于重心中限位置前部的主升力动力组件转速，降低位于重心中限位置后部的主升力动力组件转速，使飞行器维持巡航过程中的水平姿态。
[0027]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于：包括机身(1)，所述机身(1)的两侧均水平设置有主升力动力组件(3)，所述机身(1)与所述主升力动力组件(3)之间均设置有机翼一(21)和机翼二(22)，所述机翼一(21)和机翼二(22)为相对设置，所述机身(1)的后侧设置有推力动力组件(6)，所述推力动力组件(6)位于所述机身(1)的纵向中轴处；所述机翼二(22)上分别设置有垂直尾翼一(4)和垂直尾翼二(5)，所述垂直尾翼一(4)和垂直尾翼二(5)均与机身(1)平行，所述垂直尾翼二(5)位于靠近所述机身(1)的一侧。2.根据权利要求1所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于，所述主升力动力组件(3)包括固定杆(31)、电子调速器(32)、电机(33)和升力螺旋桨(34)，所述电子调速器(32)固定安装在所述固定杆(31)的外壁上，所述电机(33)固定安装在所述电子调速器(32)的上端，所述升力螺旋桨(34)转动安装在所述电机(33)的上侧，所述升力螺旋桨(34)的下端与所述电机(33)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于，所述推力动力组件(6)包括发动机(61)和推力螺旋桨(62)，所述推力螺旋桨(62)的一端与所述发动机(61)固定连接，所述推力螺旋桨(62)与所述发动机(61)垂直，所述发动机(61)与所述机身(1)固定连接、且与所述机身(1)平行。4.根据权利要求1所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于，所述机翼一(21)与所述机翼二(22)对称设置于所述机身(1)的两端，分别固定连接在所述机翼一(21)与所述机翼二(22)两侧的主升力动力组件(3)呈一端靠近所述机身(1)、另一端远离所述机身(1)。5.根据权利要求2所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于，所述主升力动力组件(3)具体为三组，且具有两种连接状态：状态一：所述的升力螺旋桨(34)位于所述固定杆(31)的一端，所述升力螺旋桨(34)位于所述固定杆(31)中位处，每两个所述固定杆(31)首尾连接，且所述机翼一(21)与所述机翼二(22)分别固定于两个所述固定杆(31)连接处的外壁。6.根据权利要求2所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于，所述机翼一(21)的长度小于所述机翼二(22)的长度，且所述机翼一(21)与所述机翼二(22)沿所述位于所述机身(1)飞行方向依次分布。7.根据权利要求1所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于：当飞行器巡航飞行时，主升力动力组件(3)、机翼一(21)和机翼二(22)共同为飞行器提供向上升力，其中主升力动力组件(3)至少提供70％的向上升力。8.根据权利要求1所述的一种具有复合式升力结构的飞行器，其特征在于：所述主升力动力组件的数量为N个，N为≥4的偶数，N个主升力动力组件对称分别于机身(1)两侧；当主升力动力组件的转速为中位转速V
中
时，其中V
中
＝K0×
V
大
，V
大
为主升力动力组件的最大转速，K0为小于1的系数；每一个主升力动力组件产生的升力为其中G为整机重量，飞行器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，杨砚恒，牛毅可，马提升，
申请(专利权)人：南京晓航机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：