[发明专利]一种变质心控制共轴双螺旋桨垂直起降飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器，其特征在于：包括机体和共轴双螺旋桨机构；

所述机体为柱状结构，机体内部容纳有包括飞行控制及通讯设备、任务载荷和动力电池；所述动力电池安装在机体内部的变质心驱动机构上，能够带动动力电池在机体沿径向发生位移，使飞行器重心偏移机体中心轴向；

所述共轴双螺旋桨机构包括上下双对转电机、可折叠的上螺旋桨和可折叠的下螺旋桨；所述上下双对转电机固定安装在机体顶部，上下双对转电机上下沿机体轴线同轴布置，旋转方向相反，转速能够单独控制；上部电机上安装带整流罩的螺旋桨桨毂头，下部电机的旋转外壳上安装有螺旋桨安装铰链；可折叠的上螺旋桨和可折叠的下螺旋桨均采用多片可折叠式桨叶，上螺旋桨桨叶内端与桨毂头铰链配合，下螺旋桨桨叶内端与下部电机旋转外壳铰链配合，上螺旋桨桨叶与下螺旋桨桨叶在周向上交错布置；在携带过程中，上螺旋桨桨叶与下螺旋桨桨叶向下折叠至与机体平行位置，工作时上部电机和下部电机分别驱动上螺旋桨桨叶与下螺旋桨桨叶旋转，上螺旋桨桨叶与下螺旋桨桨叶展开并保持在与机体垂直的工作位置。

2.根据权利要求1所述一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器，其特征在于：螺旋桨桨毂头中的桨叶铰链径向安装位置比下部电机旋转外壳的桨叶铰链径向安装位置靠外，在桨叶向下折叠时，下螺旋桨桨叶贴近机体，上螺旋桨桨叶距机体有设定距离。

3.根据权利要求1所述一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器，其特征在于：在机体内部，飞行控制及通讯设备安装在靠近机体顶部的上下双对转电机下侧，飞行控制及通讯设备下部通过变质心驱动机构安装动力电池，机体底部安装任务载荷。

4.根据权利要求1所述一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器，其特征在于：所述变质心驱动机构包括电池安装架、滑轨、直线位移舵机、旋转盘、旋转伺服舵机以及旋转伺服舵机固定支架；旋转伺服舵机固定支架固定安装在机体内部以支撑安装旋转伺服舵机；旋转盘安装在旋转伺服舵机上，旋转伺服舵机能够带动旋转盘绕机体轴线转动；旋转盘内部安装有滑轨，电池安装架安装在滑轨上，且能够在直线位移舵机驱动下沿滑轨运动。

5.根据权利要求1所述一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器，其特征在于：动力电池的重量不小于飞行器整体重量的30％。

6.权利要求1所述采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器的控制方法，其特征在于：

在携带过程中，上螺旋桨桨叶与下螺旋桨桨叶向下折叠至与机体平行位置；

在起飞过程中，将飞行器直立，上部电机先启动，带动上螺旋桨桨叶旋转，上螺旋桨桨叶在离心力的作用下展开至并保持在与机体垂直的工作位置，然后下部电机启动，带动下螺旋桨桨叶旋转，下螺旋桨桨叶在离心力的作用下展开至并保持在与机体垂直的工作位置，增大上部电机和下部电机的转速，提高螺旋桨拉力，带动飞行器离地飞行；

飞行过程中，通过协调控制上下螺旋桨的转速改变螺旋桨拉力及驱动反扭矩：当上下电机的驱动反扭矩相同时，机体不绕自身轴线旋转；当增大某一电机转速，同时协调减小另一电机转速时，能够使螺旋桨整体拉力不变，但上下电机的驱动反扭矩不同，从而使机体向某一方向旋转，实现飞行器的偏航控制；

飞行过程中，动力电池在变质心驱动机构的带动下向某一方向移动，使整个飞行器的质心也相应地向这一方向移动，螺旋桨的拉力线与质心形成一定的距离，进而产生绕质心的力矩，使飞行器向质心移动的方向倾斜，随后在螺旋桨拉力水平分力的作用下向此方向飞行。