[发明专利]高抗风倾转旋翼系留无人机及其飞行控制方法

说明书

一种高抗风倾转旋翼系留无人机及其飞行控制方法，主要由风速风向传感器、系留线缆、倾转旋翼机构、航向控制舵面、飞行控制系统和系留线缆控制装置组成。风速风向传感器固定在安装支架上，测量无人机所在位置的风向和风速，为飞行控制系统提供风阻信息。倾转旋翼机构由两个可倾转的水平旋翼组成，通过倾转角度的控制，可调节向上的升力或向前的推力，控制飞行器的姿态和位置。飞行控制系统利用无人机的姿态和航向，以及风速和风向信息，通过抗风控制算法调节倾转旋翼机构倾转角度和舵机，实现高抗风功能。系留线缆控制装置实现系留线缆自动收放。本发明的抗风能力可达到8级以上，结构简单，自适应工作，使用便捷。

技术领域

本发明涉及一种高抗风倾转旋翼系留无人机及其飞行控制方法。

背景技术

系留无人机通过系留线缆为无人机持续供电，具有长时滞空特点，可广泛用于通信中继、光电侦察监视、无线电侦测等领域。现有的系留无人机通过控制多旋翼的转速，改变无人机的姿态，调节垂直和水平两个方向升力的分解力大小，抵消水平和垂直方向的风阻，实现抗风功能，没有专用的抗风装置，抗风能力差，最大抗风能力为6级，风力大于6级时，无人机容易倾翻，发生坠机，严重限制系留无人机的应用场合。

发明内容

本发明提供一种高抗风倾转旋翼系留无人机及其飞行控制方法，通过气动构型设计、传感器集成和飞控算法调控，解决系留无人机抗风能力弱的问题。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现：

一种高抗风倾转旋翼系留无人机，包括风速风向传感器、系留线缆、倾转旋翼机构、方向舵、机体、飞行控制系统和系留线缆控制装置，风速风向传感器通过安装支架安装在机体的底部，该安装支架4的底端通过万向节与系留线缆的上端连接，该系留线缆的下端与系留线缆控制装置连接；在该机体上装有一倾转旋翼机构，在该机体的后端铰接有两个与机体上面垂直的方向舵，其特征在于：所述的无人机控制系统包括安装在机体上的惯性导航传感器、位置传感器、速度传感器和高度传感器；所述的飞行控制系统通过惯性导航传感器1测量无人机的姿态和航向，通过位置传感器测量无人机的位置，通过速度传感器测量无人机的速度，通过高度传感器测量无人机的高度，同时接收风速风向传感器3测量的风速和风向；所述的飞行控制系统根据测量的风向，控制方向舵舵面的倾转角度，调节无人机航向，使得无人机的机头方向与水平方向风阻平行并指向相反的方向；所述的飞行控制系统根据测量的风速，控制水平旋翼的转速和倾转旋翼偏转的角度，调节垂直和水平方向的升力，以抵消风阻的变化。

所述的倾转旋翼机构由对称设在机体9两侧的可倾转的水平旋翼组成，通过水平旋翼倾转角度的调整可提供向上的升力或向前的推力；通过调节水平旋翼的转速来实现升力或推力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。

所述的系留线缆控制装置包括框架、绕线转轴、转轴电机、转轴控制器和扭矩传感器，绕线转轴转动连接在框架内，该系留线缆的一端缠绕在该绕线转轴上；该绕线转轴的一端与转轴电机的输出轴传动连接，通过绕线转轴的正反转控制系留线缆的收放；在该绕线转轴上装有扭矩传感器，该扭矩传感器的输出信号端与转轴控制器连接，该转轴控制器接收扭矩传感器测量的扭矩，换算成系留线缆的拉力，根据风速风向传感器测量的风速，调整转轴电机的输出扭矩，以调节系留线缆拉力的大小。

一种根据所述的高抗风倾转旋翼系留无人机的飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统上电，飞行控制系统对系统进行初始化；

2)用惯性导航传感器测量无人机的姿态和航向，用风速风向传感器测量风速和风向，用位置传感器测量无人机的水平位置，用速度传感器测量无人机的水平速度和垂直速度，用高度传感器测试无人机的高度；

3)利用无人机的位置和速度，飞行控制系统解算无人机的水平控制量和垂直控制量，以实现无人机的悬停；