本發(fā)明涉及一種無人機，屬于航天航空
技術領域：
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背景技術：
：無人駕駛飛機簡稱無人機，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為：無人固定翼機、無人垂直起降機、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。無人機按應用領域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機分為偵察機和靶機。民用方面，是無人機真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)、植保、自拍、快遞運輸、災難救援、觀察野生動物、監(jiān)控傳染病、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝、制造浪漫等等領域的應用，大大的拓展了無人機本身的用途，發(fā)達國家也在積極擴展行業(yè)應用與發(fā)展無人機技術。隨著無人機的應用范圍越來越廣泛，其使用過程中的缺點也日漸突顯，比如傳統(tǒng)涵道無人機質量重，結構固定，成本高，幾乎無法調整涵道整體結構，加工之后結構固定，很難設計成結構合理的涵道。同時油動的涵道模型的驅動方式落后，比如裝有涵道渦輪噴射發(fā)動機的模型就是其中一種，渦輪發(fā)動機是高檔模型用的，一般價格比較昂貴，油動涵道由于故障率高現(xiàn)在除了少數(shù)需要遠程飛行的場合很少使用。技術實現(xiàn)要素：為了有效解決傳統(tǒng)涵道式無人機使用纏繞機纏繞式涵道，這種類型的涵道式無人機的質量重、結構固定、成本高且結構設計不合理的問題，進而提供了一種電動式涵道旋翼無人機。本發(fā)明提供了一種電動式涵道旋翼無人機，它包括上支撐架、電機、螺旋槳、導流片用支架、舵機用支架、涵道、多個導流片和多個舵片；所述涵道包括多個第一塑料圓環(huán)、多個第二塑料圓環(huán)和多個軸向支架，所述多個第一塑料圓環(huán)和多個第二塑料圓環(huán)同軸設置且交替連接形成涵道本體，所述多個軸向支架均豎直設置在涵道本體上，上支撐架設置在涵道本體的正上方，每個軸向支架的頂部與上支撐架相連接，電機位于涵道本體內且其頂部設置在上支撐架上，電機的輸出軸與涵道本體的中心軸線相重合，螺旋槳、導流片用支架和舵機用支架從上至下依次套裝在電機的輸出軸上，多個導流片均勻設置在導流片用支架上，每個導流片的兩端分別與導流片用支架和涵道本體的內壁可拆卸連接，多個舵片均勻設置在舵機用支架上，每個舵片的兩端分別與舵機用支架和涵道本體的內壁可拆卸連接。第一塑料圓環(huán)為聚丙烯材料制成的圓環(huán)，第二塑料圓環(huán)為發(fā)泡聚丙烯材料制成的圓環(huán)。多個軸向支架均勻設置在涵道本體上，每個軸向支架包括上連接頭、下連接頭和兩個碳纖維板，兩個碳纖維板中的一個碳纖維板設置在涵道本體的外壁上，兩個碳纖維板中的另一個碳纖維板設置在涵道本體的內壁上，兩個碳纖維板在第一塑料圓環(huán)處可拆卸連接，下連接頭位于兩個碳纖維板的頂部，下連接頭的兩端分別與兩個碳纖維板可拆卸連接，上連接頭可拆卸連接在下連接頭的頂部，上連接頭上加工有與上支撐架相配合的通孔。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明通過上支撐架、電機、螺旋槳、導流片用支架、舵機用支架、涵道、多個導流片和多個舵片之間的相互配合以及碳纖維材料和塑料相結合的方式確保本發(fā)明的結構設計合理且質量輕便，整體穩(wěn)定性好。與傳統(tǒng)涵道式無人機相比，制造成本至少降低30％。2、本發(fā)明改進了驅動方式，采用電動的驅動方式，相比于油動電機優(yōu)點突出，具有質量輕，體積小，推重比高，飛行穩(wěn)定，轉速高，易于調試，噪聲低，便于攜帶，不易出現(xiàn)故障導致空中停車的優(yōu)點。3、本發(fā)明通過經(jīng)樣品試飛后顯示試飛效果良好。附圖說明附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：圖1為本發(fā)明的主視結構半剖圖；圖2為本發(fā)明的俯視結構示意圖；圖3為涵道7的主視結構示意圖；圖4為涵道7的立體結構示意圖；圖5為電機2的主視結構示意圖；圖6為電機2和螺旋槳4之間連接關系的立體結構示意圖；圖7為本發(fā)明的控制系統(tǒng)的流程框圖。具體實施方式以下將結合附圖和實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達到實現(xiàn)效果的技術過程能夠充分理解并據(jù)以實施，需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明的各個實施例以及各個實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。具體實施方式一：結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式包括上支撐架1、電機2、螺旋槳4、導流片用支架5、舵機用支架6、涵道7、多個導流片8和多個舵片9；所述涵道7包括多個第一塑料圓環(huán)7-1、多個第二塑料圓環(huán)7-2和多個軸向支架7-3，所述多個第一塑料圓環(huán)7-1和多個第二塑料圓環(huán)7-2同軸設置且交替連接形成涵道本體，所述多個軸向支架7-3均豎直設置在涵道本體上，上支撐架1設置在涵道本體的正上方，每個軸向支架7-3的頂部與上支撐架1相連接，電機2位于涵道本體內且其頂部設置在上支撐架1上，電機2的輸出軸與涵道本體的中心軸線相重合，螺旋槳4、導流片用支架5和舵機用支架6從上至下依次套裝在電機2的輸出軸上，多個導流片8均勻設置在導流片用支架5上，每個導流片8的兩端分別與導流片用支架5和涵道本體的內壁可拆卸連接，多個舵片9均勻設置在舵機用支架6上，每個舵片9的兩端分別與舵機用支架6和涵道本體的內壁可拆卸連接。本實施方式中上支撐架1包括管夾14、電機用支座15和四根連接管16，所述管夾14設置在電機用支座15的正上方，用于定位四根連接管16，電機用支座15的底面用于定位電機2，每根連接管16的一端設置在管夾14處，每根連接管16的另一端可拆卸連接在軸向支架7-3上。本實施方式中多個第一塑料圓環(huán)7-1和多個第二塑料圓環(huán)7-2依次上下交替設置。本發(fā)明中采用電機2實現(xiàn)電動驅動方式，本領域中的涵道模型目前大部分是電動的，一個是因為電動航模制作方便，另外一個就是因為油動無人機轉速低，達不到涵道的高速要求。電動相比于油動有多種優(yōu)點，比如可以直接用接收機直接控制動力輸出，無需油門舵機，發(fā)熱小模型外殼可以接受，能量轉換效率比油動的內燃機高的優(yōu)點。本發(fā)明跟現(xiàn)有油動涵道無人機的性能相比，具有的優(yōu)勢為與油動涵道相比噪聲更小，具有更好的隱蔽性，在戰(zhàn)場環(huán)境中的具有更高的生存能力；同樣由于本發(fā)明比油動發(fā)動機的發(fā)熱小，涵道對電機熱輻射的阻擋也可以降低整機的熱輻射特性；本發(fā)明具有極高載重比，油動涵道無人機的電機就比較重，同樣的載重消耗更多的燃料，對于無人機整體結構的要求也比較多；本發(fā)明無需特殊維護：油動涵道的電機需要特殊維護，而且出現(xiàn)故障的機率比較大。而本發(fā)明的結構設計有效省去特殊維護的工作。具體實施方式二：本實施方式為具體實施方式一的進一步限定，本實施方式中第一塑料圓環(huán)7-1為聚丙烯材料制成的圓環(huán)，第二塑料圓環(huán)7-2為發(fā)泡聚丙烯材料制成的圓環(huán)。具體實施方式三：本實施方式為具體實施方式一或二的進一步限定，本實施方式中多個軸向支架7-3均勻設置在涵道本體上，每個軸向支架7-3包括上連接頭7-3-1、下連接頭7-3-2和兩個碳纖維板7-3-3，兩個碳纖維板7-3-3中的一個碳纖維板7-3-3設置在涵道本體的外壁上，兩個碳纖維板7-3-3中的另一個碳纖維板7-3-3設置在涵道本體的內壁上，兩個碳纖維板7-3-3在第一塑料圓環(huán)7-1處可拆卸連接，下連接頭7-3-2位于兩個碳纖維板7-3-3的頂部，下連接頭7-3-2的兩端分別與兩個碳纖維板7-3-3可拆卸連接，上連接頭7-3-1可拆卸連接在下連接頭7-3-2的頂部，上連接頭7-3-1上加工有與上支撐架1相配合的通孔。本實施方式中上連接頭7-3-1上加工的通孔是用于與上支撐架1中的連接管16相配合。具體實施方式四：本實施方式為具體實施方式三的進一步限定，本實施方式中導流片用支架5上均勻加工有多個與導流片8一一對應設置的長孔，每個導流片8對應有一個第一轉動支座10和一個第二轉動支座11，每個導流片8與涵道本體的中心軸線之間的夾角為α，夾角α的取值范圍為0°至15°，每個導流片8的一端通過第一轉動支座10與其對應的長孔轉動配合，每個導流片8的另一端通過其對應的第二轉動支座11與涵道本體的內壁轉動配合。本實施方式中導流片用支架5、第一轉動支座10、第二轉動支座11和多個導流片8之間相互配合起到加固涵道本體內部強度的效果，并形成一定的偏轉角提供反扭矩作用，以提高舵片9的控制裕量。導流片用支架5采用鏤空式設計以減輕重量，第一轉動支座10和第二轉動支座11均為鋁合金連接部件，第一轉動支座10與導流片用支架5相連接，第二轉動支座11與涵道機身相連，導流片8為厚度為0.5mm的碳纖維導流片，可通過激光切割碳纖維板材的方式加工為特定形狀。此方案既加固了涵道內部的強度，又可調整導流片8的角度提供合適的偏轉角。具體實施方式五：本實施方式為具體實施方式四的進一步限定，本實施方式中每個舵片9對應有一個第一連接支座12和一個第二連接支座13，每個舵片9的一端通過其對應的第一連接支座12與其舵機用支架6相連接，每個舵片9的另一端通過其對應的第二連接支座13與涵道本體的內壁相連接。具體實施方式六：本實施方式為具體實施方式一、二、四或五的進一步限定，本實施方式中所述涵道7還包括外皮，所述外皮為碳纖維布，所述碳纖維布纏繞在涵道本體的外壁上。涵道本體的外壁上利用碳纖維布進行纏繞包裹，在碳纖維布外再刷一層膠是使涵道本體和碳纖維布形成整體，增強為涵道板體的強度。此種方案是通過較少結構材料完成機身設計，降低了涵道7的重量，減少了模具開發(fā)所需的高額經(jīng)濟成本和時間成本，且便于進行本發(fā)明結構的調整和優(yōu)化。本發(fā)明通過仿真實驗和樣品試驗，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定飛行的效果，本發(fā)明中的螺旋槳4靠近涵道7設置，如此設置的效果為通過螺旋槳4靠近涵道7設置，能夠為本發(fā)明提供足夠且有效地升力。本發(fā)明能夠適用于多種復雜環(huán)境，其中包括復雜的城市和山區(qū)起降環(huán)境，在各種環(huán)境中均能夠實現(xiàn)垂直起降和懸停，具有快速飛行及精確定位的能力。由于依靠涵道7的多個導流片8形成的風扇能夠為涵道7提供氣動力，有效節(jié)省整體結構所占空間，使本發(fā)明飛行過程穩(wěn)定且結構緊湊，同時機動性能良好，具有較強的適應能力和較廣的應用范圍。結合圖1至圖7說明本發(fā)明的控制方法如下：本發(fā)明的姿態(tài)控制主要靠操縱舵面偏轉形成的氣動力矩實現(xiàn)，本發(fā)明中當多個舵片9的個數(shù)為四個時，每個舵片9的外端面為舵面，四個舵片9分別形成四個舵面，依次為1號舵面、2號舵面、3號舵面和4號舵面，看看藍色這段話我寫的有沒有錯誤當舵機控制1號舵面和3號舵面發(fā)生偏轉時，無人機進行滾轉運動，當2號舵面和4號舵面發(fā)生偏轉時，無人機進行俯仰運動，無人機的偏航運動由4組舵面協(xié)同控制。由此可知，本發(fā)明的姿態(tài)控制問題可歸結為非線性系統(tǒng)的伺服控制問題。本發(fā)明設計了雙回路姿態(tài)穩(wěn)定控制器，其中傳感器輸出參數(shù)主要為無人機的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度信息；外回路將姿態(tài)偏差角轉換到機體坐標系并進行姿態(tài)控制輸出指令角速度；內回路主要進行角速度閉環(huán)控制以提高系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性能；力矩分配環(huán)節(jié)負責對控制系統(tǒng)進行解耦。本發(fā)明的控制方法具體設計過程如下：本控制方法的特征在于，所述不能隨便用，放在這里有錯誤，需要刪除預定姿態(tài)角通過以下方式獲得：首先進行外回路設計，以θ*，ψ*表示指令姿態(tài)角，表示估計姿態(tài)角，則姿態(tài)角偏差向量可表示為：姿態(tài)角偏差向量由地理坐標系到機體坐標系的轉換關系為：外回路為角度回路，采用比例控制，其控制方程可描述如下：式中kpout_p、kpout_q、kpout_r——分別為比例控制參數(shù)；p*、q*、r*——分別為指令姿態(tài)角速度。本發(fā)明的控制方法中的預定姿態(tài)角速度通過以下方式獲得：將指令姿態(tài)角速度和估計姿態(tài)角速度作為內回路的輸入，對內回路控制器進行設計，各通道的角速度偏差可表示為：erepey=p*-p^q*-q^r*-r^---(4)]]>內回路為增穩(wěn)回路，在其控制器中加入微分環(huán)節(jié)以改善系統(tǒng)動態(tài)特性，加入積分環(huán)節(jié)以消除角速度靜態(tài)誤差，則內回路的控制方程可由式5表示。ur=kpin_r*er+kdin_r*der+kiin_r*∫erdtup=kpin_p*ep+kdin_p*dep+kiin_p*∫epdtuy=kpin_y*eyl+kdin_y*dey+kiin_y*∫eydt---(5)]]>式中ur、up、uy——分別為滾轉、俯仰、偏航通道的控制輸出；kp、ki、kd——分別為各通道PID控制參數(shù)。本發(fā)明的控制方法是根據(jù)力矩分配方案通過舵機偏置產(chǎn)生的力與力矩，獲得姿態(tài)控制輸出：力矩分配環(huán)節(jié)負責將姿態(tài)通道的控制輸出轉換為4組控制舵面的指令偏置角，本文采用線性分配方案作為力矩分配策略，將滾轉、俯仰控制輸出分別分配到1、3號和2、4號控制舵片中，將偏航控制輸出均分到4組舵控制片上，其分配公式如式6所示，仿真實驗表明此種分配方案可以達到期望控制效果。δr1δr2δr3δr4=101011-1010-11urupuy---(6)]]>本發(fā)明的控制方法采用雙回路姿態(tài)穩(wěn)定控制的方法，與傳統(tǒng)飛行器姿態(tài)穩(wěn)定控制算法不同，本控制算法由外到內的設計原則，原理簡單，易于實現(xiàn)，且在工程實踐中取得了很好的應用效果，外回路比例回路，內回路增穩(wěn)回路，線性力矩分配的方式很好的達到了期望的控制效果。本控制方法適合電動涵道無人機，通過實驗證明，具有很好的姿態(tài)階躍控制跟蹤效果，較強的抗干擾能力，具有一定的魯棒性。當前第1頁1 2 3