[发明专利]一种重心可调的复合推进无人机及其控制方法

说明书

一种重心可调的复合推进无人机及其控制方法，无人机两个动力机臂与综合承载机身通过四个横梁平行铰接，旋转关节转动驱动机臂向前后移动，从而实现无人机的重心调节，无人机采用升力旋翼升力旋翼和推进旋翼复合推进，左右两个推进旋翼对向旋转以抵消反扭力矩，差速旋转提供无人机巡航时的航向控制力矩，采用自适应升力旋翼正迎角飞行，通过重心调节与升力旋翼姿态控制调整无人机迎角，从而调整升力旋翼飞行迎角，无人机在不同空速下自动调整迎角。

技术领域

本发明涉及无人机，尤其是一种重心可调的复合推进无人机及其控制方法。

背景技术

大载重无人机领域目前有固定翼、多旋翼和直升机三种结构类型。大载重固定翼无人机，技术成熟，飞行速度快，载荷能力强。同时，固定翼无人机使用维护复杂、操作难度大、需要固定跑道起降。大载重多旋翼无人机目前都是电动，结构简单，操作简便，可以垂直起降和悬停。受限于电池能量密度不足，大载重多旋翼无人机航时较短。传统多旋翼旋翼中心对称分布，飞行阻力大，飞行速度较低。大载重无人直升机，技术成熟，载重能力强，航时长。但是，大载重无人直升机结构复杂，操作难度大，使用维护成本较高，无法大规模应用。

发明内容

发明内容

针对现有三种大载重无人机诸多问题，本发明提出了一种重心可调的复合推进无人机结构，具有重心可调、复合推进、多能源供给、结构简单、使用维护容易、可以垂直起降和长时间高速巡航等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种重心可调的复合推进无人机，包括电能发生模块、承载机身、模块化能源舱、模块化载荷舱、机臂、航电设备舱、飞行员操作席、升力旋翼、推进旋翼以及起落架，电能发生模块包括燃气轮机电能发生模块和/或氢燃料堆电能发生模块，模块化能源舱包括燃料舱和/或高压氢罐燃料舱，电能发生模块发出的电能通过航电设备舱的综合电源管理模块向导航设备、任务计算机等设备提供能源，同时发出的电能向安装在机臂中的升力旋翼和推进旋翼提供能源；

两个机臂中间设置承载机身，三者通过四根平行横梁连接，两个机臂和承载机身纵轴线平行；一个机臂、两个横梁和承载机身构成平行四边形，在纵轴线方向上，承载机身相对机臂平移，通过平移调节机臂与承载机身之间的距离，横梁与机臂、承载机身分别通过旋转关节铰接；无人机两个动力机臂与承载机身通过四个横梁平行铰接，旋转关节转动驱动机臂向前后移动，从而实现无人机的重心调节。

无人机采用升力旋翼和推进旋翼复合推进，实现无人机垂直起降、悬停和高速巡航；每个机臂纵向安装三对共轴对转水平旋转的升力旋翼提供升力，尾部垂直旋转的推进旋翼提供无人机巡航水平推力，左右两个推进旋翼对向旋转以抵消反扭力矩，差速旋转提供无人机巡航时的航向控制力矩。

一种重心可调的复合推进无人机的控制方法，采用自适应升力旋翼正迎角飞行，巡航时升力旋翼与气流为正迎角，迎面来流与升力旋翼下洗气流耦合；自适应升力旋翼正迎角飞行是指无人机自动根据飞行空速调节升力旋翼正向迎角度数飞行，在巡航过程中采用复合推进，升力旋翼与来流耦合额外产生升力，达到提高飞行效率的目的；不同空速下，升力旋翼最佳飞行迎角是不同的，通过重心调节与升力旋翼姿态控制调整无人机迎角，从而调整升力旋翼飞行迎角，无人机在不同空速下自动调整迎角。

本发明与现有技术的有益效果体现在：

本发明的燃气轮机电能发生模块和氢燃料堆电能发生模块，实现了重心可调的复合推进无人机全电推进和长航时，降低了大载重无人机使用维护简单难度。

本发明的一体化动力机臂升力旋翼与推进旋翼复合推进，降低截面积和巡航阻力，提高了巡航速度。一体机臂可以自动折叠，无人机着落后，水平旋翼旋转到与机臂平行位置，机臂向机身方向折叠，减小了无人机停机尺寸；机臂与承载机身平行连接，实现了无人机动态重心调节，实现了不同速度下重心压力中心最优匹配，提高了重心可调的复合推进无人机的飞行效率，降落后无人机可以折叠，降低了停机占用面积。