一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)飛機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，尤其涉及一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人飛行器在技術(shù)領(lǐng)域中常見(jiàn)的分類有:固定翼無(wú)人機(jī)、旋翼無(wú)人飛行器等。固定翼無(wú)人機(jī)相較其他類型的無(wú)人機(jī)在飛行速度、飛行高度等技術(shù)指標(biāo)上具備固有優(yōu)勢(shì)。旋翼無(wú)人飛行器的優(yōu)勢(shì)則在于能夠執(zhí)行低速監(jiān)視任務(wù)以及定點(diǎn)著陸。
[0003]近年來(lái)軍用及民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)在不同任務(wù)環(huán)境和起降環(huán)境的適應(yīng)能力提出了更高的要求。在某些特定任務(wù)條件下固定翼無(wú)人機(jī)暴露出兩個(gè)缺點(diǎn)，一是其最低飛行速度限制了一些需要滯空才能完成的特殊任務(wù)，二是它對(duì)起降環(huán)境的要求高，難以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸。
[0004]因此本發(fā)明考慮設(shè)計(jì)一種模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，通過(guò)操作無(wú)人機(jī)在固定翼飛行和傘翼飛行之間切換飛行模態(tài)，既保留固定翼無(wú)人機(jī)在飛行速度和飛行高度的優(yōu)勢(shì)，又能夠在特定環(huán)境下利用滑翔傘升力比高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)低速滑翔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有的技術(shù)中的不足，達(dá)到針對(duì)傳統(tǒng)固定翼無(wú)人機(jī)存在的局限性，提供一種可通過(guò)飛行模態(tài)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)低速滑翔、定點(diǎn)著陸的固定翼無(wú)人機(jī)。
[0006]—種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，系統(tǒng)組成包括:飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置、滑翔傘、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行控制計(jì)算機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置和開(kāi)切傘系統(tǒng)，所述飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組和發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置信號(hào)相連，所述滑翔傘、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行控制計(jì)算機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置和開(kāi)切傘系統(tǒng)機(jī)械相連。
[0007]所述飛行控制計(jì)算機(jī)是在固定翼飛行模態(tài)下根據(jù)高度傳感器和速度傳感器提供的無(wú)人機(jī)高度和速度信息控制發(fā)動(dòng)機(jī)和舵面維持無(wú)人機(jī)的正常飛行狀態(tài)，或根據(jù)接收到的地面指令，結(jié)合無(wú)人機(jī)當(dāng)前飛行高度及飛行速度，控制開(kāi)切傘系統(tǒng)打開(kāi)滑翔傘；在傘翼飛行模態(tài)下通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置控制左右發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使無(wú)人機(jī)爬升或轉(zhuǎn)向，或根據(jù)接收到的地面指令，結(jié)合無(wú)人機(jī)當(dāng)前飛行高度及飛行速度，控制開(kāi)切傘系統(tǒng)切斷滑翔傘。
[0008]所述傘系統(tǒng)由滑翔傘艙、滑翔傘、連接機(jī)構(gòu)和開(kāi)切傘裝置組成，可根據(jù)飛行控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的開(kāi)切傘指令打開(kāi)或切斷滑翔傘。
[0009]所述高度傳感器采用GPS或無(wú)線電測(cè)高系統(tǒng)，采集飛機(jī)的當(dāng)前飛行高度，向飛行控制計(jì)算機(jī)提供飛機(jī)的高度信息。
[0010]所述速度傳感器采用GPS或空速管，采集飛機(jī)的當(dāng)前飛行速度，向飛行控制計(jì)算機(jī)提供飛機(jī)的速度信息。
[0011]所述測(cè)控鏈路由機(jī)載天線、機(jī)載無(wú)線電收發(fā)機(jī)、地面天線和地面無(wú)線電收發(fā)機(jī)組成，除通常給無(wú)人機(jī)發(fā)送飛行和任務(wù)指令外，還可將地面操作員發(fā)出的飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換指令從地面發(fā)送至無(wú)人機(jī)上的飛行控制計(jì)算機(jī)；
所述發(fā)動(dòng)機(jī)組由至少一組對(duì)稱分布于無(wú)人機(jī)左右兩側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)可采用電機(jī)或汽油機(jī)。
[0012]所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置根據(jù)飛行控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的功率調(diào)節(jié)信號(hào)分別控制左右兩組發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠在傘翼飛行模態(tài)下調(diào)節(jié)左右兩組發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，在無(wú)人機(jī)左右兩側(cè)形成轉(zhuǎn)向力矩，控制無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)向。
[0013]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
(1)空中轉(zhuǎn)換飛行模態(tài)。目前固定翼無(wú)人機(jī)由于要求具備最低飛行速度，限制了它執(zhí)行定點(diǎn)監(jiān)視、定點(diǎn)通信中繼等任務(wù)的能力。
[0014]本發(fā)明提出用滑翔傘裝備于固定翼無(wú)人機(jī)。開(kāi)傘后完成從高速飛行到低速滑翔的飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換，通過(guò)飛行模態(tài)的轉(zhuǎn)換，可以消除最低飛行速度的限制，同時(shí)減少無(wú)人機(jī)滑翔過(guò)程中的燃料消耗，顯著延長(zhǎng)飛行航時(shí)。
[0015]如需使無(wú)人機(jī)回到高速飛行狀態(tài)，則通過(guò)切傘實(shí)現(xiàn)從傘翼到固定翼飛行模態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
[0016](2)傘翼飛行模態(tài)下的滑翔控制。在傘翼飛行模態(tài)下，由于飛行速度低和無(wú)人機(jī)氣動(dòng)特性的改變，舵面將喪失對(duì)無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)的控制能力，需要一套適合傘翼飛行模態(tài)的滑翔控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的滑翔傘控制方式是通過(guò)拉拽和釋放傘衣后緣的操縱繩以改變傘翼的氣動(dòng)外形，從而改變滑翔傘所承受的氣動(dòng)力，調(diào)整滑翔傘滑行方向。這樣的控制方式難度高、不確定性強(qiáng)，如果應(yīng)用于要求自動(dòng)控制的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，既增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，又增加控制難度。
[0017]本發(fā)明提出的傘翼飛行模態(tài)下的滑翔控制方法，首先通過(guò)飛行控制計(jì)算機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置下達(dá)指令，再由發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置控制位于飛機(jī)兩側(cè)的兩組發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，形成左、右推力差，通過(guò)控制力矩完成無(wú)人機(jī)動(dòng)力滑翔的左轉(zhuǎn)向或右轉(zhuǎn)向，通過(guò)改變滑翔速度完成爬升或降落，從而實(shí)現(xiàn)滑翔控制。
[0018]這種滑翔控制方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其所依賴的整套裝置除滑翔傘相關(guān)裝置外均可以借用原固有無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，無(wú)需再增加諸如傘繩控制裝置等冗余結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的控制方式更適合于無(wú)人機(jī)。
[0019](3)操縱無(wú)人機(jī)定點(diǎn)著陸。過(guò)去的無(wú)人機(jī)傘降回收均采取發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)的無(wú)控自由落體方式，因此無(wú)人機(jī)在下降過(guò)程中會(huì)隨風(fēng)向飄擺，具體落點(diǎn)不定，因而需要一個(gè)面積夠大的回收?qǐng)龅?，同時(shí)無(wú)人機(jī)在著陸瞬間，由于無(wú)人機(jī)在側(cè)風(fēng)影響下，有一個(gè)平移速度，當(dāng)側(cè)風(fēng)速度超過(guò)限制時(shí)，極易造成無(wú)人機(jī)著陸的損壞，成為無(wú)人機(jī)傘降回收方式不可避免的硬傷。
[0020]本發(fā)明提出的一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，用滑翔傘替代降落傘，通過(guò)帶動(dòng)力滑翔的方式，在一定程度上減少了定點(diǎn)著陸過(guò)程中風(fēng)力對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)的影響。并且在傘翼飛行模態(tài)下的滑翔控制策略中，提出了一種通過(guò)飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)開(kāi)傘后的位置和姿態(tài)進(jìn)行控制和校正的方法，可以達(dá)到精確引導(dǎo)無(wú)人機(jī)定點(diǎn)著陸的目的。既提高了定點(diǎn)著陸的精度，又降低了無(wú)人機(jī)對(duì)著陸環(huán)境要求，拓寬了使用范圍，從而減小了著陸時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)的損害，延長(zhǎng)了無(wú)人機(jī)使用壽命。
[0021]通過(guò)綜合以上(1)、(2)、(3)三點(diǎn)，一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)既能夠保留傳統(tǒng)固定翼無(wú)人機(jī)在飛行速度和飛行高度的優(yōu)勢(shì)，又能夠在空中切換飛行模態(tài)并實(shí)現(xiàn)有效的滑翔控制，而且這一技術(shù)還可以應(yīng)用于精確引導(dǎo)無(wú)人機(jī)定點(diǎn)著陸。
[0022]附圖標(biāo)記
1.滑翔傘、2.左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、3.右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、4.飛行控制計(jì)算機(jī)、5.發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置、6.開(kāi)切傘系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本技術(shù)發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2是本技術(shù)發(fā)明的主要系統(tǒng)交聯(lián)圖。
[0025]具體的實(shí)施方式:
實(shí)施例1:
一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，其系統(tǒng)組成包括:飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置、滑翔傘1、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)2、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)3、飛行控制計(jì)算機(jī)4、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置5和開(kāi)切傘系統(tǒng)6，所述飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組和發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置信號(hào)相連，所述滑翔傘1、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)2、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)3、飛行控制計(jì)算機(jī)4、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置5和開(kāi)切傘系統(tǒng)6機(jī)械相連。
[0026]所述飛行控制計(jì)算機(jī)是在固定翼飛行模態(tài)下根據(jù)高度傳感器和速度傳感器提供的無(wú)人機(jī)高度和速度信息控制發(fā)動(dòng)機(jī)和舵面維持無(wú)人機(jī)的正常飛行狀態(tài)，或根據(jù)接收到的地面指令，結(jié)合無(wú)人機(jī)當(dāng)前飛行高度及飛行速度，控制開(kāi)切傘系統(tǒng)打開(kāi)滑翔傘；在傘翼飛行模態(tài)下通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置控制左右發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使無(wú)人機(jī)爬升或轉(zhuǎn)向，或根據(jù)接收到的地面指令，結(jié)合無(wú)人機(jī)當(dāng)前飛行高度及飛行速度，控制開(kāi)切傘系統(tǒng)切斷滑翔傘。
[0027]所述傘系統(tǒng)由滑翔傘艙、滑翔傘、連接機(jī)構(gòu)和開(kāi)切傘裝置組成，可根據(jù)飛行控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的開(kāi)切傘指令打開(kāi)或切斷滑翔傘。
[0028]所述高度傳感器采用GPS或無(wú)線電測(cè)高系統(tǒng)，采集飛機(jī)的當(dāng)前飛行高度，向飛行控制計(jì)算機(jī)提供飛機(jī)的高度信息。
[0029]所述速度傳感器采用GPS或空速管，采集飛機(jī)的當(dāng)前飛行速度，向飛行控制計(jì)算機(jī)提供飛機(jī)的速度信息。
[0030]所述測(cè)控鏈路由機(jī)載天線、機(jī)載無(wú)線電收發(fā)機(jī)、地面天線和地面無(wú)線電收發(fā)機(jī)組成，除通常給無(wú)人機(jī)發(fā)送飛行和任務(wù)指令外，還可將地面操作員發(fā)出的飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換指令從地面發(fā)送至無(wú)人機(jī)上的飛行控制計(jì)算機(jī)；
所述發(fā)動(dòng)機(jī)組由至少一組對(duì)稱分布于無(wú)人機(jī)左右兩側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)可采用電機(jī)或汽油機(jī)。
[0031]所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置根據(jù)飛行控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的功率調(diào)節(jié)信號(hào)分別控制左右兩組發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠在傘翼飛行模態(tài)下調(diào)節(jié)左右兩組發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，在無(wú)人機(jī)左右兩側(cè)形成轉(zhuǎn)向力矩，控制無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)向。
[0032]實(shí)施例2:
一種飛行模態(tài)可轉(zhuǎn)換的無(wú)人機(jī)，其系統(tǒng)組成包括:飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置、滑翔傘1、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)2、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)3、飛行控制計(jì)算機(jī)4、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置5和開(kāi)切傘系統(tǒng)6，所述飛行控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)切傘系統(tǒng)、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)組和發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置信號(hào)相連，所述滑翔傘1、左動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)2、右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)3、飛行控制計(jì)算機(jī)4、發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置5和開(kāi)切傘系統(tǒng)6機(jī)械相連。
[0033]無(wú)人機(jī)起飛后首先處于固定翼飛行模態(tài)，當(dāng)?shù)孛娌僮鲉T通過(guò)測(cè)控鏈路將飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換指令送至無(wú)人機(jī)上的飛行控制計(jì)算機(jī)4時(shí)，飛行控制計(jì)算機(jī)4首先判斷無(wú)人機(jī)滑翔傘艙中有滑翔傘剩余，再判斷當(dāng)前的飛行高度和飛行速度，如果當(dāng)前飛行高度大于最低安全高度且當(dāng)前飛行速度在固定翼飛行模態(tài)下最低安全飛行速度的100%-150%范圍內(nèi)，則飛行控制計(jì)算機(jī)4先調(diào)節(jié)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置5的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，調(diào)節(jié)左右動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)2和3轉(zhuǎn)速為怠速工作，后向開(kāi)切傘系統(tǒng)6發(fā)出開(kāi)傘指令，控制滑翔傘1打開(kāi)。同時(shí)飛行控制計(jì)算機(jī)將控制策略由固定翼飛行模態(tài)切換到傘翼飛行模態(tài)。如果轉(zhuǎn)換飛