[发明专利]一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器，包括具有多个旋翼的机身，其特征在于，机身上设置固定翼面，固定翼面包括能够绕飞行器的垂直轴线旋转且能够调节迎角的内段机翼，以及设置在内段机翼两侧，能够180度向内折叠的外段机翼，机身尾部具有一个水平推进器。

2.根据权利要求1所述的一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定翼面的内段机翼通过连杆机构连接在一个可水平旋转的平台上，该平台与机身连接，伺服电机通过齿轮机构驱动该平台实现固定翼面的旋转。

3.根据权利要求1所述的一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定翼面的外段机翼与内段机翼铰接，伺服电机通过齿轮齿条机构驱动外段机翼180度向内折叠。

4.根据权利要求1所述的一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼为飞行器提供升力，所述水平推进器为飞行器提供水平推力，所述固定翼面在完全展开时，为飞行器提供升力。

5.一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，飞行器具备两种飞行模式：多旋翼模式和水平巡航模式；

在多旋翼模式下，固定翼面的外段机翼向内折叠180度后，内段机翼随后旋转90度与机身轴线平行，此时固定翼面与机身成为一个整体，旋翼的驱动电机为飞行器提供升力，飞行器可在此状态下实现垂直起飞与降落，以及悬停；

飞行器达到一定高度后，可以转换为水平巡航模式，此时固定翼面的内段机翼和外段机翼展开，水平推进器的推进电机启动，使得飞行器不需要前倾机身即可获得向前的推力；飞行器水平速度的变化会导致固定翼面升力的变化，通过控制迎角和水平推进器的推进电机转速，共同实现对飞行器高度的控制，使得旋翼的驱动电机工作在设定的最佳工作点。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，对旋翼和固定翼面二者所承担的重力进行分配，从而实现续航能力的提升：

根据实际工程经验，在垂直起飞时，旋翼需要承担起全机重量；

在零姿态角悬停配平时，旋翼所提供的升力不超过其最大升力输出的80％，余下20％的功率用于姿态控制，此时最大姿态角可达20°；

在水平飞行时，旋翼所提供的升力不小于全机重量的40％，否则其对飞行器姿态的调节能力将过于薄弱。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在水平巡航模式下的控制方法如下：

对于姿态控制，飞行器水平飞行时所必须的俯仰、滚转及偏航稳定性由多个旋翼保持；

对于高度控制，由于飞行器水平速度的变化将引起固定翼面升力的变化，若通过调节多个旋翼的转速来保持升力的稳定，则旋翼驱动电机将偏离其设定的最佳工作点，效率下降，因此通过控制机翼迎角实现飞行器水平速度与旋翼驱动电机转速的解耦，并且和水平推进电机共同实现对飞行器高度的控制；

对于水平速度控制，通过调节水平推进器的转速，实现对飞行器水平加速度的控制，而不是通过控制飞行器的俯仰姿态角实现，从而减小飞行器的迎风截面积，最终减小前飞阻力。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，飞行器两种飞行模式的切换具体为：在起飞指令下达后，飞行器触发多旋翼模式，到达设定高度后，若根据航点信息判定两航点之间的距离大于设定值时，进入水平巡航模式，否则，将直接在多旋翼模式下飞往任务区；抵达任务区后在多旋翼模式下执行任务；返航时再次进行以上判断；抵达降落点后，若不具备降落条件，继续以水平巡航模式待机，获得降落指令后以多旋翼模式降落。