[发明专利]一种复合式飞行器及其控制方法

说明书

本发明提出一种复合式飞行器及其控制方法，所述飞行器的机体处设有四个可竖向旋转的机翼；四个机翼的前沿处均设有以电机驱动的旋翼；所述机翼的工作姿态包括水平姿态和垂直姿态；当四个机翼均处于垂直姿态；所述飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下；当四个机翼均处于水平姿态，所述飞行器工作在固定翼飞行器模式下；本发明结合了传统固定翼式和旋翼式飞行器的优点，能够实现飞行器的远程飞行、垂直起降和空中悬停。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是一种复合式飞行器及其控制方法。

背景技术

无人飞行器技术发展越来越成熟，在监视，搜救，制图和探测等方面得到了广泛的运用。无人飞行器操作灵活且机动性强，执行这些任务的飞行器一般是固定翼式飞行器或者旋翼式飞行器。固定翼式飞行器具有高速飞行的能力且机动性高，但对起降条件要求比较苛刻，受起降场地的限制，无法垂直起降。而旋翼式飞行器具有垂直起降和空中悬停的能力，但不具备高速巡航的能力。在执行一些特殊，高难度的任务时，飞行器通常受起降场地限制且需要远程飞行，这就需要一种兼具高速巡航、远程飞行和垂直起降能力的飞行器。

发明内容

本发明提出一种复合式飞行器及其控制方法，结合了传统固定翼式和旋翼式飞行器的优点，能够实现飞行器的远程飞行、垂直起降和空中悬停。

本发明采用以下技术方案。

一种复合式飞行器，所述飞行器的机体(1)处设有四个可竖向旋转的机翼(2)；四个机翼的前沿处均设有以电机(3)驱动的旋翼(4)；所述机翼的工作姿态包括水平姿态和垂直姿态；当四个机翼均处于垂直姿态；所述飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下；当四个机翼均处于水平姿态，所述飞行器工作在固定翼飞行器模式下。

所述机翼分为前翼和后翼；所述机体呈长条形；机体前段处设有两个前翼；机体后段处设有两个后翼；每个前翼设有一个旋翼且两个前翼上的旋翼旋转方向相反；每个后翼设有一个旋翼且两个后翼上的旋翼旋转方向相反。

当机翼竖向旋转时，两个前翼的旋转角度可以相同也可以不同；两个后翼的旋转角度相同。

所述机体处设有电源、传感器、摄像头和飞行控制模块。

一种复合式飞行器的控制方法，以上所述的飞行器，当飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下时，其控制方法以动力学系统模型N为基础；当飞行器工作在固定翼式飞行器模式下时，其控制方法以动力学系统模型M为基础。

所述动力学系统模型N为；

公式1中：V，ω分别为整体坐标系下飞行器的线速度和角速度；V_b，ω_b分别为局部坐标系下飞行器的线速度和角速度；φ，θ，ψ分别为横滚角，俯仰角和偏航角；M_b为飞行器的质量矩阵；I_n为飞行器的惯性矩矩阵；F_g，分别为作用于飞行器重心的总力，旋翼升力，飞行器重力和扰动力；分别为作用于飞行器重心的总力矩，旋翼产生的力矩和扰动力矩。其中M_b，I_n，F_g，的具体形式如下：

公式2中：I_u，I_v和I_w为飞行器在各坐标轴的惯性矩；l_l和l_s为旋翼在x和y方向上到飞行器重心的距离；其中T_i＝λ_iF_i，F_i为各旋翼升力，i＝1,2,3,4。

所述动力学系统模型M为；