[发明专利]一种二维矢量推进式三轴飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种二维矢量推进式三轴飞行器，包括升力旋翼动力组、二维矢量推进旋翼动力组、机身以及飞控系统，

升力旋翼动力组包括无刷电机、无刷电调、升力旋翼和一体电机座，升力旋翼安装在无刷电机输出轴上，无刷电机和无刷电调安装在一体电机座上，无刷电调为无刷电机的驱动器，通过飞控系统脉宽调制信号调整无刷电机转速，进而控制升力旋翼转速；升力旋翼左右对称安装于机身中部重心前方的两侧碳杆上，升力旋翼旋转平面相对机身水平面纵轴线有正迎角、相对机身水平面横轴线有上反角；

二维矢量推进旋翼动力组包括二维矢量电机座、无刷电机、伺服电机、安装轴、推进旋翼，推进旋翼安装无刷电机输出轴上，无刷电机驱动推进旋翼旋转产生推力，无刷电机安装在二维矢量电机座上，飞控系统通过伺服驱动控制二维矢量电机座绕安装轴上下转动，伺服驱动包括减速电机和位置反馈传感器，实现推力俯仰矢量控制，改变推力方向；二维矢量推进旋翼动力组安装在机身尾部，推进旋翼围绕平行于飞行器横轴方向的旋转轴转动；

推进旋翼绕旋转轴转动，产生俯仰控制力矩，推力水平分量提供飞行器前进动力，推动飞行器向前飞行，推进旋翼向下偏转提供起飞阶段部分升力，升力旋翼动力组提供起飞、降落阶段主要升力；

推进旋翼偏转产生垂直分力平衡所述升力旋翼产生的俯仰变化力矩；

机身后部有垂直安定面，高速飞行时维持航向稳定性，二维矢量推进旋翼动力组安装于机身尾部，旋转轴与机身横轴平行。

2.根据权利要求1所述的一种新型二维矢量推进式三轴飞行器，其特征在于：升力旋翼动力组为飞行器提供升力和一部分俯仰控制力矩，左右两升力旋翼动力组差动提供飞行器滚转控制力矩；左右两侧升力旋翼动力组差动产生升力差平衡推进旋翼反向扭转力矩，升力旋翼旋转平面相对机身水平面纵轴线有正迎角，高速巡航飞行时，气流与升力旋翼动力组的升力旋翼的旋转平面有正夹角，来流与升力旋翼耦合产生飞行器主要升力，两侧升力旋翼动力组有上反角，飞行时，等效升力延长线延垂直升力旋翼旋转平面相交，提供飞行器滚转方向稳定恢复力矩。

3.一种根据权利要求1或2所述的二维矢量推进式三轴飞行器的控制方法，其特征在于：

飞行器起飞时，使用垂直距跃升起飞，两侧升力旋翼高速旋转产生跃升升力，尾部的推进旋翼向下偏转，同时加速产生跃升升力，飞行器跃升离地，尾部的推进旋翼加速并迅速向后偏转，飞行器快速向前爬升飞行，爬升至巡航高度后进入正常巡航状态；

飞行器巡航时，推进旋翼提供主要向前推力，保证巡航速度；升力旋翼电机以较低功率运转，提供部分升力，左右两个升力旋翼差动控制产生升力差平衡推进旋翼反扭力矩和飞行器滚转控制力矩；飞行器高速前进，气流与升力旋翼旋转平面呈正攻角，来流与旋翼耦合提供飞行器主要升力；推进旋翼二维矢量控制飞行器俯仰角，进而维持和改变升力旋翼平面与气流夹角，同时升力旋翼控制升力旋翼转速两者耦合控制飞行器巡航阶段爬升和降高；

巡航飞行时，推进旋翼动力组直接提供飞行器所需推力；

飞控系统控制升力旋翼和推进旋翼实现飞行器起飞、巡航和降落，起飞和较低速飞行时升力旋翼高速旋转提供主要升力升力，推力旋翼以大角度向上提供升力，升力旋翼的水平分力与推进旋翼水平分力相互抵消。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：飞控系统通过控制矢量推进旋翼角度产生俯仰控制力矩；当推进旋翼向下偏转，推力线高于重心，产生俯仰控制低头力矩；当推进旋翼向上偏转，推力线低于重心，产生俯仰控制抬头头力矩；当推进旋翼推力线穿过重心，不产生俯仰控制力矩。