[发明专利]一种倾转旋翼无人机的混合飞行方法

说明书

本发明公开一种倾转旋翼无人机的混合飞行方法，通过非线性混合的方法将控制输出调整为混合飞行方式，并实施于无人机的飞行航线上，从而实现对飞行航线的优化，使得无人机可以以旋翼飞行状态和固定翼飞行状态相结合的混合飞行方式进行航线规划和飞行。本发明通过计算倾转角，以获取对旋翼电机的控制，从而在倾转旋翼无人机飞行的过程中以固定翼为主结合旋翼为辅的方式飞行，使得倾转旋翼无人机能够以光滑和流畅的航线飞行到达目标航点，有效完成飞行任务。

技术领域

本发明涉及一种倾转旋翼无人机的飞行方法，具体涉及一种倾转旋翼无人机的混合飞行方法。

背景技术

倾转旋翼无人机是一种将固定翼无人机和旋翼无人机融为一体的新型无人机，也可称为倾转旋翼固定翼无人机。主要是将旋翼无人机能垂直起降的特点应用到固定翼无人机中，很好地解决了固定翼无人机长距离加速运行达到一定的飞行速度后起飞以及长距离降落减速运行后降落的问题；同时，在飞行任务中，利用了固定翼无人机续航能力强，飞行效率高的特点，能很好地完成作业任务。

一般的倾转旋翼无人机是在固定翼无人机机翼的两翼尖处各安装一套旋翼倾转系统组件，或同时在固定翼无人机的机体中部处对应设置两套旋翼倾转系统组件，形成四旋翼的倾转旋翼无人机；其中，旋翼倾转系统组件可在水平位置与垂直位置之间通过旋翼电机驱动实现转动。作业时，无人机上的旋翼轴垂直于地面，并在旋翼系统组件的运行下进行垂直起飞，完成起飞后仍然在旋翼系统组件的作用下加速飞行一段距离，直至无人机的飞行速度到达固定翼无人机的最低飞行速度后，由固定翼飞行系统进行无人机的飞行任务旋翼系统组件不再运行；无人机需要垂直降落时，固定翼飞行系统停止运行，切换为旋翼系统组件运行，实现无人机的垂直降落。这样的无人机起降飞行模式，很好地利用了旋翼无人机的垂直起降特点，同时由能利于固定翼无人机的飞行模式，使得续航能力更强。但是，仍存在以下问题：

1、在整个飞行过程中一直采用固定翼无人机飞行模式，导致在飞行过程中固定翼无人机的飞行缺点仍然存在，无法更好地完成飞行任务；例如，当目标航点在固定翼无人机的转弯半径内，此时由于固定翼无人机的转弯特点，无人机只能采用远距离盘旋才能到达目标航点，甚至最终只能偏移目标航点。

2、在飞行过程中只采用固定翼无人机飞行模式，导致无人机的飞行航线规划单一，从而导致无人机无法在时间、能耗以及路程等指标上获取最优的航线规划，不能充分利用旋翼无人机和固定翼无人机的飞行特点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种倾旋翼无人机的混合飞行方法，该方法能够在飞行过程中将旋翼飞行和固定翼飞行结合在一起，从而获取最优的航线，并且能更加快速和准确地到达目标航点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

S1：建立地面坐标系{x y z}和机体坐标系{x_B y_B z_B}；

S2：获取无人机的机体自身状态向量X；并计算无人机当前空速v_a，其中，

X＝[q，p，v，ω]^T (1)

其中，p为地面坐标系下的三维坐标，q为机体对于地面的四元数，v为地面坐标系下的三个方向速度，ω为机体三轴角速度；其中，

p＝[x，y，z]，q＝[qx，qy，qz]，v＝[v_x，v_y，v_z]，w＝[w_x，w_y，w_z] (2)

其中，x，y，z为地面坐标系下的无人机质心的坐标；

通过将机体坐标系上的x_B轴转到地面坐标系即得到无人机机头方向向量x_ahead，