[发明专利]一种可倾转旋翼的复合结构飞行器

说明书

本发明提出一种可倾转旋翼的复合结构飞行器，所述飞行器的机身包括用于空中巡航的主翼和尾翼；所述主翼设于机身中段；所述尾翼设于机身尾部；飞行器还设有用于为飞行器提供动力的旋翼；所述旋翼包括设于固定翼处的第一旋翼组，还包括设于机身后部的第二旋翼组；当飞行器起飞或降落时，所述第一旋翼组、第二旋翼组内各旋翼的朝向均为竖向以向机身提供升力，当飞行器处于空中巡航状态时，所述第二旋翼组内的各旋翼朝向调整至水平方向，为飞行器提供推力；本发明较好地综合了固定翼飞行器和旋翼飞行器的优点，同时改进了现有的控制系统，使其具有更高的可靠性、抗干扰性和控制性能。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是一种可倾转旋翼的复合结构飞行器。

背景技术

固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器作为传统无人飞行器结构的代表，长期以来在军事和民用领域发挥着重要作用。然而，它们的应用总是受到灵活性、有效载荷和续航时间的限制，这些都与它们自身的典型结构和动力系统有关。比如旋翼飞行器虽然具备短距起降的能力，但是续航时间较短。固定翼无人飞行器虽然具备较长的续航时间，但是使用受限于飞行场地，且灵活性较差。

发明内容

本发明提出一种可倾转旋翼的复合结构飞行器，较好地综合了固定翼飞行器和旋翼飞行器的优点，同时改进了现有的控制系统，使其具有更高的可靠性、抗干扰性和控制性能。

本发明采用以下技术方案。

一种可倾转旋翼的复合结构飞行器，所述飞行器的机身包括用于空中巡航的主翼和尾翼；所述主翼设于机身中段；所述尾翼设于机身尾部；飞行器还设有用于为飞行器提供动力的旋翼；所述旋翼包括设于固定翼处的第一旋翼组，还包括设于机身后部的第二旋翼组；当飞行器起飞或降落时，所述第一旋翼组、第二旋翼组内各旋翼的朝向均为竖向以向机身提供升力，当飞行器处于空中巡航状态时，所述第二旋翼组内的各旋翼朝向调整至水平方向，为飞行器提供推力。

所述述第一旋翼组内各旋翼的朝向固定为竖向。

所述第一旋翼组内各旋翼固定于主翼前部；第二旋翼组内各旋翼固定于尾翼根部处。

所述主翼、尾翼的翼面均包括可变角度的翼面部位，所述主翼以可变角度的翼面部位形成升降舵；所述尾翼以可变角度的翼面部位形成方向舵；当飞行器处于空中巡航状态时，第一旋翼组内的各旋翼处于停机状态。

所述机身尾部设有与第二旋翼组相连的连杆机构；所述连杆机构可同步调整第二旋翼组内各旋翼的朝向，使之在水平与竖向之间切换。

第一旋翼组、第二旋翼组均由两个以小转子驱动的旋翼组成；所述飞行器为无人机，无人机的机身载有自动驾驶仪、传感组件和用于与地面站通讯的遥控组件；所述传感组件包括速度传感器、全球定位器、惯性测量单元和压力传感器；自动驾驶仪通过传感组件测量飞行器工况以优化对飞行器的控制。

所述飞行器还包括基于线性模型的控制器；所述控制器基于鲁棒伺服线性二次调节器RSLQR和扩展状态观测器ESO相结合的飞行控制律来控制飞行器的飞行。

所述飞行控制律中的动力学模型为非线性动力学模型，其以机身固定框架BFF附加到飞行器的重心位置CoG来建立坐标系，方法为将惯性固定式框架EFF表示为O_gx_gy_gz_g，其原点设置于起始点；建立四个辅助框架AFs的坐标系O_ix_tiy_tiz_ti(i＝1,2,3,4)，基于对倾斜角度和侧倾角的考虑,z_ti轴沿着旋翼的螺旋桨轴；x_ti轴平行于无人机的纵向平面,垂直于z_ti轴并垂直纸面向外；y_ti轴由右手定则确定；不同坐标系之间以坐标转换原理设置坐标系之间的变换矩阵为：