[发明专利]一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于油动多旋翼无人机技术领域，具体涉及一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机及其控制方法。

技术背景

一般地，无人机分为无人固定翼、无人直升机、无人多旋翼、无人飞艇、无人伞翼机和无人扑翼机，前三类最为常见，且应用最为广泛。无人固定翼飞行效率最高，续航时间长，巡航速度高，但需要跑道，无法空中悬停，机动性最差；无人直升机可垂直起降，空中悬停，机动性最好，航时长和载重大，但结构最复杂，成本最高；无人多旋翼结构最简单，操作最简单，容错能力强，成本低廉，可垂直起降和空中悬停。

目前，市场上所售电池的能量密度比小，电动多旋翼普遍存在航时短和载重小的缺陷。采用燃油作为动力来源是在电池技术得以突破之前克服航时和载重瓶颈的有效途径。然而，由于发动机的非线性和慢响应，油动多旋翼无人机领域受关注较少。

近来，有几个油动多旋翼方案被提出，如：单机驱动多桨方案、双机驱动多桨方案和油电混合方案，这些方案的特点是结构复杂，成本高，丧失了多旋翼无人机本身的优势，产品均未真正实用。目前，六台发动机驱动六只旋翼的油动直驱定桨距变转速方案是真正实用的方案，缺点是反应慢、机动性差、发动机磨损大和不允许大姿态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机及其控制方法，解决现有多旋翼无人机技术存在的不足和问题。

本发明所采用的技术方案是一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机，包括机身、动力系统、起落架和航电系统，所述的机身为全复材的一体化机身，所述的动力系统由发动机系统、变桨距系统、供油系统和旋翼系统组成，所述的起落架为滑橇式起落架，其上设置有柔性的吊装位，以固连不同的任务设备。

直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机，其组成包括机身、动力系统、起落架和航电系统；所述机身为全复材的一体化机身；所述动力系统的组成包括发动机系统、变桨距系统、旋翼系统和供油系统；所述航电系统的组成包括飞控、采集模块、供电模块、指示模块和接收机；所述起落架为滑橇式起落架，其上设置有柔性的吊舱位；

所述机身的组成包括主机身、加强件、发动机座、药箱、油箱托、油箱、中心板、机罩和机臂；所述主机身采用碳纤维复合材料一体化成型，机臂设置在主机身上，优点是无机械连接，振动小，比强度和比刚度大，结构轻，可防水、防尘；所述加强件为碳纤维筒，与主机身铆接在一起，一方面可以增强机身刚度，另一方面可以起限位作用，限制药箱的水平自由度；发动机座作为埋覆件固定在主机身上的机臂末端；所述药箱设置在主机身内部的筒形加强件形成的腔内，水平方向的自由度被筒形加强件限制，竖直方向的自由度被主机身限制；油箱托为碳纤维复合材料桶，上部与连接在主机身上平面的中心板连接，下部表面贴在药箱上表面上，限制药箱在竖直方向自由度；油箱放置在油箱托和中心板之间的空间内；机罩为全透明塑料壳；所述机身采用嵌套式布局，供油系统、航电系统、喷洒系统均在主机身内，避免传统的单独悬挂，有利于提高空间利用率，减小废阻。

所述起落架通过6个管夹固定在主机身的下部，起落架采用最简单的滑橇式结构，具有很好的缓冲、吸振作用；起落架结构简单且中部空间充裕，起落架中间部位设置了一块碳纤板，即所述的柔性吊舱位，连接不同的吊舱，通过不同的孔位固定安装不同的任务设备，而不需要费时费力地更改机身或起落架，这是采用嵌套式布局和滑橇式起落架的结果。

所述发动机系统和变桨距系统设置于发动机座上；所述发动机系统由发动机、点火器、喷油器、启动电机、启动装置、发动机电控单元（ECU）和油门舵机组成；所述变桨距系统由变距舵机、舵机摇臂、舵机连杆、H连杆、防扭臂、不动盘、动盘和旋翼夹控制臂组成；所述旋翼系统由旋翼轴、旋翼头、中连块、旋翼夹和旋翼组成；

所述旋翼轴带法兰盘一端与发动机输出轴上的法兰盘直接连接，并穿过与防扭臂、H连杆、舵机连杆和舵机摇臂连接的不动盘，以及通过旋翼夹控制臂与旋翼夹铰接的动盘，不动盘和动盘之间有轴承，旋翼头铰接在旋翼轴的另一端，中连块铰接在旋翼头上，中连块两端连接旋翼夹，旋翼螺接在旋翼夹上，实现发动机输出轴带动旋翼轴转动，旋翼轴带动旋翼同步转动，即发动机直接驱动旋翼系统，无任何机械传动环节，其具有精度高、效率高、噪音低、寿命长、体积小和成本低等优点。

所述采集模块包括由陀螺仪、加速度计、磁力计、激光测距仪、气压计和GPS组成，监测机体当前的姿态和位置，并通过姿态融合算法和高度融合算法实时传给飞控；所述供电模块主要由电池、配电器和航空电缆组成；指示模块包括状态指示灯、航向指示灯。