[发明专利]一种二维矢量推进式三轴飞行器及其控制方法

说明书

一种二维矢量推进式三轴飞行器及其控制方法，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；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。控制方法为：飞行器起飞时，使用垂直距跃升起飞；飞行器巡航时，推进旋翼提供主要向前推力，保证巡航速度；巡航飞行时，推进旋翼动力组直接提供飞行器所需推力，没有传统复杂气动增升、控制、减速结构阻力，可以高效高速巡航飞行。

技术领域

本发明涉及一种多旋翼飞行器，尤其是一种二维矢量推进式三轴飞行器及其控制方法。

背景技术

现有大规模应用的旋翼类飞行器主要有单旋翼、多旋翼、固定翼和复合翼四种构型。其中，单旋翼飞行器多旋翼飞行器，可以垂起起降，但结构复杂，操纵难度大；多旋翼飞行器结构简单使用方便，但飞行速度较慢抗风性能差；固定翼飞行器存在机翼长度较大，需要跑道空域较大，无法较低速度飞行等缺陷；复合翼飞行器，飞行速度快抗风性好，但是结构复杂，垂直起降旋翼部分结构复杂死重较多，载荷能力差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二维矢量推进式三轴飞行器，创新的采用了两轴旋翼复合二维矢量推进旋翼方式，解决了结构简单、高低速飞行、垂直起降、外观尺寸较大等问题。

本发明的技术方案为：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，

其中，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。

一种二维矢量推进式三轴飞行器的控制方法，

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，高效高速巡航飞行。

本发明的有益效果：

本发明创新的采用主动升力旋翼和二维矢量推进旋翼结合，结构简单，可靠性高。比传统多旋翼飞行器结构简单、可靠性高、飞行速度快、抗风性强。比传统固定翼飞行器尺寸较小、可以垂直起降、无需跑道，没有传统固定翼负责气动控制舵面、结构简单可靠，没有传统固定翼失速问题。

本发明创新的采用主动升力旋翼，可以直接旋转产生可控升力，配合二维矢量推进旋翼可以实现垂直距跃升起飞和垂直降落。