[发明专利]高抗风共轴反桨式系留无人机及其飞行控制方法

说明书

一种高抗风共轴反桨式系留无人机及其飞行控制方法，包括风速风向传感器、系留线缆、共轴反桨旋翼机构、尾推旋翼机构、飞行控制系统和系留线缆控制装置。风速风向传感器固定在安装支架上；共轴反桨旋翼机构可改变无人机的航向和升力。尾部推进装置可提供水平的推力，用于抵抗水平方向的风阻。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共轴反桨旋翼和尾部推进旋翼的转速，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。本发明一种高抗风系留无人机与现有系留无人机抗风技术相比，抗风能力可从6级提高到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共轴反桨式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。

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。其缺点是：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

本发明提供高抗风共轴反桨式系留无人机及其飞行控制方法，以解决现有技术存在的抗风能力差得问题。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现：

一种高抗风共轴反桨式系留无人机，包括风速风向传感器、系留线缆、共轴反桨旋翼机构、尾推旋翼机构、飞行控制系统和系留线缆控制装置，所述系留线缆用于为系留无人机供电、传输控制信号和业务数据；该风速风向传感器固定在安装支架上，该安装支架的顶端固定在无人机机体底部，底端通过万向节与系留线缆的上端端链接，该系留线缆的下端与系留线缆控制装置连接，其特征在于：所述的飞行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，同时接收该风速风向传感器测量的风速和风向；所述的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，通过差动调节共轴反桨旋翼的转速改变无人机的航向，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利用无人机的姿态和航向，以及风速和风向信息，通过调节共轴反桨旋翼的转速改变无人机的升力，抵消垂直方向风阻；所述的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，通过调节尾推旋翼转速，改变水平推力大小，抵消水平方向风阻。

所述的共轴反桨旋翼机构通过差动调整两个旋翼的总距可产生航向偏转力矩以改变无人机的航向，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；所述的共轴反桨旋翼机构由两个完全相同的旋翼，上下安装在同一个旋翼轴上，两个旋翼旋转方向相反，以抵消旋翼产生的反扭矩。

所述的尾推旋翼机构尾部推进装置的推力方向与水平方向风阻平行并指向相反的方向，通过调节尾推旋翼转速，改变水平推力大小，抵消水平方向风阻；所述的尾推旋翼机构由尾杆和一个垂直安装的旋翼组成，可提供水平的推力，用于抵抗水平方向的风阻。

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。

一种所述的高抗风系留无人机的飞行控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)飞行控制系统上电，并进行初始化；