[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

说明书

本发明提供了一种尾坐式垂直起降无人机，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；该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，兼具旋翼无人机和固定翼无人机两种飞行特点，使起飞、降落场地减小；平飞模式速度快。它具备垂直起降的特性，可以部署在各种受限环境中，如山区丘陵地带以及狭窄的城市街道；又具有水平高速巡航功能，增加了滞空时间，扩大了航。本发明还提供一种尾坐式垂直起降无人机的控制系统和控制方法。

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种尾坐式垂直起降无人机及其控制系统与控制方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，是一类利用空气动力承载飞行并且可回收重复利用的飞行器。无人机具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活和安全性高的特点，可广泛应用于航拍、检测、搜救、资源勘查等领域。它凭借自身的优势和特点，在多个领域获得了广泛应用。在军事方面，无人机的主要用途包括地面战场侦察、获取敌方情报、近距离控制巡逻、监视、电子战和地面通信等；在民用方面，无人机的使用范围也相当广泛，例如航拍和图像传输，巡逻监视和目标跟踪，自然灾害发生之后的搜索和救援，高压线、桥梁、水坝和地震后路段的检查等。无人机根据其机翼的类型可以分为和固定翼无人机和旋翼无人机。

固定翼无人机主要靠机翼产生升力平衡飞机重量，其飞行速度快，航程和巡航时间长，可挂载荷大等优点被广泛应用在敌情侦察，精确打击，森林防火，勘测测绘等领域。

旋翼无人机是一种性能优良的垂直起降(VTOL)飞行器，它具有体积小、可垂直起降、可悬停、机动性强、结构简单、易于控制、稳定性高等优点，广泛应用于消防、灾情预警、航拍等领域。但旋翼无人机中一般是通过旋翼的高速旋转为多轴飞行器提供动力，通过变化旋翼的转速来改变飞行姿态的，多动力的无极调速目前一般是使用多个电动机，由于受电池功率限制，电动机的转矩偏小，旋翼无人机直接和动力系统相连的旋翼效率远不如固定翼飞机的机翼，因此功耗大；又因其前进速度主要靠旋翼桨盘通过倾斜盘的倾斜产生的分力提供，同时旋翼无人机前进飞行的阻力也较固定翼飞机大的多。

固定翼无人机虽然飞行速度快、效率高，但其对起飞和降落过程对环境要求特别的高，需要比较平缓、长距离的起降跑道，在一些环境较为苛刻的场地无法正常起降，机动性较差。但旋翼无人机飞行速度、距离和续航时间以及载重都不如固定翼飞机。

垂直起降技术使得飞行器具有集固定翼与旋翼机的性能、优点于一身的可能。为了将传统的旋翼无人机和固定翼无人机融合，国内对垂直起降无人机已经有了大量的研究，但就实品来看大多是一类起降过程机身不发生倾转，起降过程中工作的旋翼在平飞时不工作，平飞过程中工作的旋翼起降过程不工作，降低了有效载荷。CN106143878A提供的垂直起降式无人机在起飞的时候，有4个翼工作，但是在平飞的时候有些翼是不工作的，降低了有效载荷。像V-22这种倾转旋翼的飞行器，机械机构复杂，开发难度大。因此，将传统的旋翼无人机和固定翼无人机有效融合依然是本领域研究的热点问题。

此外，市面上无人机的飞行控制系统中采用的传感器多为单套配置，当任一传感器发生故障时，无法进行可靠稳定的飞行。

发明内容

本发明提供一种尾坐式垂直起降无人机，结构简单，兼具旋翼无人机和固定翼无人机两种飞行特点，它既可以像旋翼无人机一样实现垂直起降、空中悬停以及低速稳定飞行，又可以像固定翼无人机一样高速水平飞行，实现了传统的旋翼无人机和固定翼无人机有效的融合。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种尾坐式垂直起降无人机，所述无人机包括：机身、机翼、尾翼、以及电机和螺旋桨，所述机翼和所述尾翼设于所述机身外表面，所述机翼为下反设置，所述尾翼为上反设置；