[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

说明书

本发明公开了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。飞行器机身上具有多个旋翼，并设置有固定翼面，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。飞行器具有多旋翼模式和水平巡航模式两个工作模式，飞行器在执行任务时处在多旋翼模式，由旋翼提供全部升力；水平巡航模式中由水平推进器产生推力，推动飞行器产生前向速度，进而利用固定翼面提供部分升力，余下升力仍由旋翼提供；本发明还设计了相适应的控制方和重力分配方法。本发明飞行器具有总体能耗低、续航能力强、可行性高、低成本的特点。

技术领域

本发明涉及一种复合飞行器，尤其涉及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。

背景技术

增加多旋翼续航具有很大的应用价值。由于多旋翼飞行器采用多个小直径螺旋桨提供升力，其的能量利用效率较低，加之电池技术近些年难有实用性突破，其续航和搭载能力远远不如固定翼和直升机。在日常运用中，因为多旋翼续航能力的短板，使用者往往需要携带大量的电池以便于更换，加大了使用的时间与经济成本。在行业运用中，航程意味着飞行器单次作业的覆盖面积，也意味着飞行器地面站与任务区之间的远近，航程的大小直接决定这架飞行器能否完成任务，以及影响完成任务所需的成本，故其在要求苛刻的军事领域还未获得广泛应用。因此，研制更轻、更高效的动力与能源装置是多旋翼飞行器的关键。例如，在森林防火中，飞行器需要具备一定的航程，从而能对大面积的林区进行搜索，当抵达目标上空时，需要对该地进行详细的观测，需要飞行器具备低速或是悬停飞行能力。常规的多旋翼在航程上有短板，而固定翼飞行器由于飞行速度较快难以实现对一个目标实现精确、稳定的观测，同时对起降场地有较高的要求。

目前，为了提高多旋翼的续航能力，主要从两个技术方向着手：其一是增加多旋翼能够携带的能源，包括搭载能量密度更高电池、利用内燃机等形式，具有技术不成熟或机构复杂、振动大等缺点；其二是降低多旋翼飞行过程的能耗，包括倾转旋翼机、飞艇-多旋翼复合飞行器等形式，具有飞行模态转换困难、故障率高或是阻力大的缺点。

复合飞行器是指同时具备两种或多种飞行器(如多旋翼、固定翼、直升机、飞艇等)特点的飞行器。因为许多类型的飞行器，产生相同升力消耗的功率都较多旋翼小，所以本发明关注的是利用这些类型飞行器的优点，降低多旋翼的能耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供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

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器，包括具有多个旋翼的机身，所述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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

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，该方法具体为：

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，可减少气流对飞行器悬停时的干扰，获得较好的悬停性能，此时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；在该模式下，控制方法与普通多旋翼相同；