[发明专利]尾坐式垂直起降无人机及其控制系统与控制方法

权利要求书

1.一种尾坐式垂直起降无人机，其特征在于，所述无人机包括：机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、以及电机(4)和螺旋桨(5)，所述机翼(2)和所述尾翼(3)设于所述机身(1)外表面，所述机翼(2)为下反设置，所述尾翼(3)为上反设置；

所述机翼(2)包括第一机翼(20)和第二机翼(21)，所述第一机翼(20)和所述第二机翼(21)对称安装于所述机身(1)的中部两侧；

所述尾翼(3)包括第一尾翼(30)和第二尾翼(31)，所述第一尾翼(30)和所述第二尾翼(31)对称安装于所述机身(1)的尾部两侧；

所述电机(4)包括机翼电机和尾翼电机，所述机翼电机包括第一机翼电机(40)和第二机翼电机(41)，所述尾翼电机包括第一尾翼电机(42)和第二尾翼电机(43)；

所述螺旋桨(5)包括两对螺旋桨，其中一对螺旋桨包括第一机翼螺旋桨(50)和第二机翼螺旋桨(51)，另一对螺旋桨包括第一尾翼螺旋桨(52)和第二尾翼螺旋桨(53)；

所述第一机翼电机(40)与所述第一机翼螺旋桨(50)相连，且所述第一机翼电机(40)用以驱动所述第一机翼螺旋桨(50)转动；所述第二机翼电机(41)与所述第二机翼螺旋桨(51)相连，且所述第二机翼电机(41)用以驱动所述第二机翼螺旋桨(51)转动；所述第一尾翼电机(42)与所述第一尾翼螺旋桨(52)相连，且所述第一尾翼电机(42)用以驱动所述第一尾翼螺旋桨(52)转动；所述第二尾翼电机(43)与所述第二尾翼螺旋桨(53)相连，且所述第二尾翼电机(43)用以驱动所述第二尾翼螺旋桨(53)转动；

所述无人机的飞行模式包括：垂飞模式、垂-平过渡模式、平飞模式、平—垂过渡模式。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述机翼(2)为后掠式机翼，下反为20°，且所述机翼(2)采用平凸翼型；所述尾翼上反为45°，且所述尾翼(3)采用对称翼型；所述机翼(2)和所述尾翼(3)的后缘均对称设有一对控制舵面，分别为一对机翼控制舵面和一对尾翼控制舵面；

所述机翼控制舵面包括第一机翼控制舵面(22)和第二机翼控制舵面(23)；所述尾翼控制舵面包括第一尾翼控制舵面(32)和第二尾翼控制舵面(33)；

所述第一机翼控制舵面(22)和所述第二机翼控制舵面(23)分别设于所述第一机翼(20)和所述第二机翼(21)的后缘，用以调整所述无人机的俯仰角和滚转角；

所述第一尾翼控制舵面(32)和所述第二尾翼控制舵面(33)分别设于所述第一尾翼(30)和第二尾翼(31)的后缘，用以调整所述无人机的偏航角。

3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述垂飞模式为：所述无人机在起降时，采用垂飞模式，质心过x轴，无人机的机翼与尾翼反角设置，能满足两对螺旋桨对质心产生的合力矩为零，使无人机保持垂飞状态，在垂飞模式下，x轴始终垂直地面。

4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述垂-平过渡模式为：由垂飞转为平飞的过渡模式；

在所述垂-平过渡模式下，控制无人机绕y轴转动90°；首先增大所述尾翼电机的转速，同时保持所述机翼电机的转速不变，得到一个俯仰力矩，实现所述机身绕y轴转动，使无人机姿态改变；当机身绕y轴转动65～75度时，所述机翼电机和所述尾翼电机的转速同时增大，无人机继续绕y轴转动，并且无人机的速度增大，机翼的升力也逐渐增大；当偏转的角度达到90°即x轴平行于地面时，减小尾翼电机的转速直至与机翼电机一致，此时无人机升力完全由机翼提供。

5.根据权利要1所述的无人机，其特征在于，所述平飞模式：采用固定翼状态飞行，在所述平飞模式下，机翼电机和尾翼电机的转速始终相等，机翼电机和尾翼电机产生的合力矩为零；在进行姿态控制时，采用控制舵面实现无人机机动。

6.根据权利要求1所述的无人机，其特征为，所述平-垂过渡模式：首先将无人机设为固定翼飞行控制律，保持无人机平飞，然后控制舵面进行平飞拉起，当俯仰角达到85～90度时，两对电机同步减速，无人机也在阻力下加快减速，无人机由平飞模式转换为垂向飞行模式。