[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

说明书

本发明提出了一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器及控制方法，飞行器包括机体和共轴双螺旋桨机构；机体为柱状结构，内部容纳有飞行控制及通讯设备、任务载荷和动力电池；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；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。本发明的螺旋桨桨叶折叠后小巧便携，采用内置的变质心驱动控制装置动态改变飞行器质心的方式进行飞行控制，飞行时机体外无附加控制装置，飞行阻力小。利用动力电池作为变质心的移动质量体，无其它附加重量，质量体移动所需操纵力和力矩小，可减小操纵舵机功率需求及重量。

技术领域

本发明涉及垂直起降无人机技术领域，具体为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。

背景技术

近些年来，随着微机电控制技术的发展，多轴飞行器因其结构简单和价格低廉等特点得到了广泛的发展和应用。为避免多个螺旋桨之间的相互干扰以及提供足够的控制力矩，多轴飞行器在布局上要将多个由电机带动的螺旋桨向外相隔一定距离进行布置，因此，虽然飞行器机体不大，但因为安装有电机和螺旋桨的机臂向外伸展，从而造成飞行器整体体积较大，给包装携带带来了极大的不便。

专利201611021801.1公布了一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，利用顶部电机驱动的共轴反向旋转的双螺旋桨提供升力，通过倾转安装在万向悬架上驱动电机进行姿态控制。螺旋桨桨叶可向下折叠，无人机可以储存在发射管中，但倾转重量较大的电机及螺旋桨等以及克服电机和螺旋桨的陀螺稳定力矩仍需要具有较大驱动力的舵机。

发明内容

为解决现有多轴及其它螺旋桨驱动的垂直起降无人机体积大不方便携带的问题，本发明提出了一种采用变质心控制的共轴双螺旋桨垂直起降飞行器及控制方法。

本发明的技术方案为：

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：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。

进一步的优选方案，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。

进一步的优选方案，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。