[发明专利]翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法

说明书

本公开提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法，其翼尖柔性连接固定翼组合无人机包括，一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性连接。本公开既能够完成柔性组合体无人机的姿态控制，又能够使系统具有一定的抗干扰性，硬件成本低，组合方式灵活，控制方法简单，易于实现。

技术领域

本公开涉及飞行器制导、导航与控制领域，尤其涉及一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法。

背景技术

固定翼飞机的机翼产生升力时，机翼下表面的压力比上表面的大，而机翼翼展长度又是有限的，所以下翼面的高压气流会绕过两端翼尖，力图向上翼面的低压区流去。当气流绕过翼尖时，在翼尖部分形成翼尖涡流，进而形成下洗流，导致诱导阻力。诱导阻力影响了飞机的气动性能，降低了航程航时。利用仿生学原理和空气动力学理论，一种解决诱导阻力问题的创新思路是将多架飞机机翼通过翼尖链接机构相连，形成组合式无人机。组合式无人机消除了单个飞机的翼尖涡和诱导阻力，同时增加了飞机展弦比，因此组合无人机比单个飞机具有更高的升阻比，能获得更远的航程和更大的装载量增益。在执行任务方面，组合式无人机具有较高的自由度。单个飞机适合执行小范围任务；组合时，利用航程远、载重大等优势可以执行大型任务。由于飞机结构的更新，飞行控制相比单机更为复杂，而姿态控制技术将是组合无人机的关键技术之一，目前还少有针对此类组合体的飞行控制技术，这是因为：1.组合体的飞行控制由多个单机协调完成，而整体和单机飞行姿态高度耦合，故需设计新的控制逻辑；2.根据新控制逻辑，需选择适合组合体的硬件连接方式。

由于通过翼尖连接使多架无人机构成一个整体，因此单机通过改变舵面和电机转速进行姿态控制时，除了会影响到本身的姿态，同时也会对飞机整体姿态造成影响；同时控制整体姿态时，由中心飞控机发指令控制所有舵机和电机，此时单机的舵面和电机都被当作整体无人机的一部分，则单机本身的飞行姿态会受到影响，由于其自身气动特性的作用，可能会反过来威胁飞机整体的稳定性。因此需要针对组合式无人机飞行姿态控制的特点，研究合理的飞行控制逻辑，从而保证组合整体姿态控制的有效性和稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机及其姿态控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种翼尖柔性连接固定翼组合无人机，包括：一个中心单机和多个非中心单机；所述非中心单机对称设置于所述中心单机两侧，且相邻两个中心单机和/或非中心单机的机翼翼尖位置柔性材料连接。

在本公开的一些实施例中，所述中心单机包括：

中心飞控机，用于分析处理所述中心单机和所述非中心单机的信息，同时控制中心单机的姿态；

接收机，与所述中心飞控机电性相连；所述接收机用于接收地面站信号，并发送至所述中心飞控机；

所述非中心单机包括：

非中心飞控机，与所述中心飞控机电性相连，所述非中心飞控机用于与所述中心飞控机进行信号交换，所述中心飞控机向所述非中心飞控机发送指令，所述非中心飞控机向所述中心飞控机回传状态信息，以控制所述非中心单机的姿态。

在本公开的一些实施例中，所述柔性材料为弹性橡胶材料；所述柔性材料的连接方式为可拆解的变柔性链接。

在本公开的一些实施例中，所述中心单机和非中心单机还包括：升降舵、舵机、电机、电调和储能电池，分别通过线缆连接；所述升降舵用于提供气动力矩；所述舵机用于控制舵面转动；所述电机用于为螺旋桨提供转矩；所述电调用于调节电机转速；所述储能电池用于为飞控及电机供电。