帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的飛行器主要有固定翼飛行器和旋翼飛行器兩種，固定翼飛行器一般采用水平起降的方式，依靠固定翼產(chǎn)生的升力進行起降和巡航，其優(yōu)點是飛行速度較快，航程和續(xù)航時間較長，但是固定翼飛行器的起降距離較長，對跑道的要求較高，使其應(yīng)用具有局限性。
[0003]旋翼飛行器依靠旋翼產(chǎn)生的升力，可以進行垂直起降。近年來出現(xiàn)的以四旋翼為代表的多旋翼飛行器，除了可以垂直起降，還可以依靠旋翼升力的不同分配實現(xiàn)飛行器的姿態(tài)控制，不需要任何的控制舵面，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活等優(yōu)點。但由于巡航時旋翼的阻力較大，所以旋翼飛行器的飛行效率、飛行速度、航程和續(xù)航時間都不如固定翼飛行器。并且，現(xiàn)有的多旋翼飛行器絕大多數(shù)采用電動機驅(qū)動，其功率和載荷均較小。因此，旋翼飛行器也有其局限性。
[0004]公告號為CN202728575U的專利文獻中，公開了一種固定翼與電動多旋翼組成的復(fù)合飛行器，該種飛行器包括一組電動多旋翼動力系統(tǒng)和一個總控制器，固定翼動力系統(tǒng)與電動多旋翼動力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨立，該總控制器包括該固定翼控制系統(tǒng)和用于控制該電動多旋翼動力系統(tǒng)工作的電動多旋翼控制系統(tǒng)，該總控制器還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)和電動多旋翼控制系統(tǒng)單獨工作或者協(xié)同工作；所述電動多旋翼動力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與機身中心軸平行。該種飛行器既可以像直升機一樣垂直起降和飛行，可以像固定翼飛機一樣起降和飛行，也可以在起降和飛行過程中使用兩個動力系統(tǒng)混合工作的模式實現(xiàn)。
[0005]由于該專利所涉及的飛行器具有兩套獨立的動力系統(tǒng)，因此當其中一套動力系統(tǒng)單獨工作的時候，另一套動力系統(tǒng)就成為了死重，大大降低了巡航效率和載荷重量。
[0006]其次，由于該專利所涉及的飛行器的機翼固定在機身上，因此機翼弦平面與旋翼旋轉(zhuǎn)平面的夾角不能改變，即機翼的攻角不能獨立控制，從而導致飛行器的機動性和操控性大大降低。并且，由于其多旋翼動力系統(tǒng)采用電機驅(qū)動，所以相比于燃油發(fā)動機，其最大功率和載荷重量均較小，不適用于較大型的飛行器，具有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器，其固定翼能夠進行傾轉(zhuǎn)，攻角可以獨立控制，提高了飛行器的巡航效率和載荷重量，而且飛行器的機動性和操控性得到了有效提高。本發(fā)明還提供了一種上述多旋翼飛行器的控制方法。
[0008]本發(fā)明提供的一種帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器，包括機身、通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述機身兩側(cè)的固定翼、多個設(shè)置于所述機身上的旋翼、用于驅(qū)動各個所述旋翼旋轉(zhuǎn)以及固定翼傾轉(zhuǎn)的動力系統(tǒng)、以及用于控制所述固定翼的傾轉(zhuǎn)角度和控制各個所述旋翼的轉(zhuǎn)速和槳距的控制系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)軸垂直于所述多旋翼飛行器的對稱面。
[0010]優(yōu)選地，所述旋翼的數(shù)量為四個，四個所述旋翼以所述多旋翼飛行器的對稱面為對稱面對稱分布，且均勻分布于所述飛行器的重心前后。
[0011]優(yōu)選地，所述動力系統(tǒng)包括動力源和航空舵機，所述動力源為渦輪軸發(fā)動機、航空活塞發(fā)動機或電動機。
[0012]優(yōu)選地，所述固定翼的傾轉(zhuǎn)由所述航空舵機驅(qū)動。
[0013]本發(fā)明還提供了帶傾轉(zhuǎn)固定翼的多旋翼飛行器的控制方法，在飛行器起飛過程中，逐漸增加各個所述旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距以增加升力，使飛行器垂直起飛，同時轉(zhuǎn)動固定翼調(diào)整其攻角以使其阻力最小；當飛行器上升到預(yù)設(shè)高度以后，轉(zhuǎn)動固定翼至水平狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，當飛行器由起飛狀態(tài)轉(zhuǎn)為巡航狀態(tài)時，增加飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身逐漸前傾，利用旋翼產(chǎn)生的向前的拉力向前飛行，同時轉(zhuǎn)動固定翼調(diào)整其攻角以使其升阻比最大。
[0015]優(yōu)選地，當飛行器由巡航狀態(tài)轉(zhuǎn)為降落狀態(tài)時，減小飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身的姿態(tài)從前傾逐漸變?yōu)楹髢A，利用旋翼產(chǎn)生的向后的拉力降低飛行器的速度；當飛行器速度降低到預(yù)設(shè)速度時，增加飛行器重心之后的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，使機身的姿態(tài)從后傾逐漸變?yōu)樗綘顟B(tài)，而后逐漸減小所有旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距來減小升力，使飛行器垂直降落；在此過程中，固定翼保持水平狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，通過增加旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要偏轉(zhuǎn)的方向相反的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，同時減小旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要偏轉(zhuǎn)的方向相同的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向相應(yīng)方向偏轉(zhuǎn)。
[0017]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，減小飛行器重心之后的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身抬頭；或者，增加飛行器重心之后的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身低頭。
[0018]優(yōu)選地，在飛行器起降階段，減小機身右側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加機身左側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向右滾轉(zhuǎn)；或者，增加機身右側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小機身左側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向左滾轉(zhuǎn)。
[0019]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，減小飛行器重心之后的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加飛行器重心之前的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身抬頭；或者，增加飛行器重心之后的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小飛行器重心之前的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使機身低頭。
[0020]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，減小機身右側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、增加機身左側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向右偏轉(zhuǎn)；或者，增加機身右側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距、減小機身左側(cè)的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向左偏轉(zhuǎn)。
[0021]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，通過增加旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要滾轉(zhuǎn)的方向相反的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，同時減小旋轉(zhuǎn)方向與飛行器欲要滾轉(zhuǎn)的方向相同的各個旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以使飛行器向相應(yīng)方向滾轉(zhuǎn)。
[0022]優(yōu)選地，在飛行器巡航階段，通過轉(zhuǎn)動固定翼，減小機身左側(cè)的固定翼的攻角，同時增加機身右側(cè)的固定翼的攻角，以使飛行器向左滾轉(zhuǎn)；或者，通過轉(zhuǎn)動固定翼，增加機身左側(cè)的固定翼的攻角，同時減小機身右側(cè)的固定翼的攻角，以使飛行器向右滾轉(zhuǎn)。
[0023]本發(fā)明提供的飛行器，基于多旋翼飛行器，即設(shè)有多個旋翼的飛行器，在該種飛行器的機身兩側(cè)設(shè)有固定翼，固定翼通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置在機身的兩側(cè)，固定翼傾轉(zhuǎn)時，其攻角發(fā)生改變。當飛行器起飛時，通過逐漸增加所有旋翼的轉(zhuǎn)速或者槳距來增加升力，使飛行器垂直起飛，同時通過控制固定翼的傾轉(zhuǎn)角度來調(diào)整固定翼的攻角以使其阻力最小。當飛行器巡航時，通過控制固定翼的傾轉(zhuǎn)角度來調(diào)整固定翼的攻角以使其升阻比最大。隨著飛行速度的增加，固定翼產(chǎn)生的升力也不斷增加。因此，與單純的多旋翼飛行器相比，該飛行器的巡航效率更高，航程和續(xù)航時間更長。當飛行器的阻力與旋翼產(chǎn)生的向前的拉力相等以后，飛行器即可保持一定的速度巡航。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選方案中，動力系統(tǒng)的動力源可以為渦輪軸發(fā)動機。需要說明的是，各個旋翼可以共用一臺渦輪軸發(fā)動機，當然，也可各采用一臺渦輪軸發(fā)動機。渦輪軸發(fā)動機具有較大的功率，可有效提高飛行器的載荷重量，且續(xù)航里程較長。
[0025]本發(fā)明還提供了一種控制方法，通過控制旋翼的轉(zhuǎn)速或槳距，以及固定翼