[发明专利]一种连接式无人机编队及其控制方法

说明书

本发明一种连接式无人机编队及其控制方法，属于飞行器设计；无人机编队包括多个固定翼无人机，相邻无人机之间通过连接机构固定连接；所述连接机构包括碳管和连接部件；所述连接部件一侧固定于其中一个无人机机翼翼尖，另一侧与所述碳管的一端固定，用于与相邻无人机机翼翼尖的固定连接，实现多个无人机的固定编队。将无人机连接在一起，实现了无人机的稳定编队飞行。根据计算流体力学软件的计算结果，通过多无人机近距编队飞行，单架无人机升力阻力之比提升20％，有效提升了无人机的航程和航时。此外，通过整体编队控制指令的二次分配，将连接机构所受载荷降低45％，有效降低了对连接机构的结构强度和刚度需求，减少结构重量。

技术领域

本发明属于飞行器设计领域，具体涉及一种连接式无人机编队及其控制方法，用于固定翼无人机编队装置及其控制方法的设计。

背景技术

固定翼无人机编队飞行具有众多单机飞行所不具备的优点：1.近距编队可利用前机飞行所产生的翼尖涡，从而增加飞行升力，减小飞行阻力，提升飞机的航程和航时。2.编队飞行可实现分布式载荷搭载，执行单机所不能执行的任务。

然而，现有的无人机编队由于传感器精度问题难以实现近距编队，一般市面上常见的GPS系统在短时间内精度仅有10m左右，即使加入昂贵的RTK作为精度补充，短时间内的定位精度对体型较小的无人机来说，依旧不能满足其利用编队气动优势达到增升减阻的目的。

此外，由于固定翼飞机飞行速度较高，在近距飞行条件下，若外界或自身存在扰动，就很容易发生飞机之间的碰撞，导致任务失败。因此，现有技术不能很好地支持固定翼飞机利用编队的空气动力学优势。

《一种用于无人机编队飞行的控制系统》，授权公告号CN 105223964B，授权公告日2018.03.09，介绍了一种用于无人机编队飞行的控制系统，其无人机之间不存在任何连接，通过地面装置对无人机预先进行任务规划，长机接收地面控制站的控制指令，并分发给每个僚机。僚机根据长机的控制指令飞行，完成飞行过程中的编队队形变换或保持。该发明的控制系统中，长机和僚机通过选择市场上的卫星导航模块，再通过作差分算法，来获取长机和僚机的位置信息，其精度远不能满足近距编队来利用编队气动优势的需要；此外，无人机之间通过通讯电台在编队内组网通信，来实现编队任务的协调实现，存在抗干扰能力差的缺点，在外界环境不佳时编队效果差，甚至发生碰撞。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种连接式无人机编队及其控制方法，主要解决了现有无人机编队方式中所存在的以下问题：1.传感器精度不足导致无人机编队的机间安全距离不能满足有效利用气动好处的需要，且传感器的误差将使编队队形无法保存稳定；2.自由编队飞行时，飞机需面临外界风干扰、通信不同步等干扰因素所带来的姿态和轨迹上的扰动，由于固定翼飞机飞行速度快，这些干扰将会大大增加无人机编队队形的保持难度，增加编队保持控制的能量消耗和系统调节时间，甚至增加飞机之间碰撞的风险。3.传统固定翼编队方式对飞行控制系统的复杂程度、硬件设备的精确程度要求极高，导致成本高昂，目前不具备实现大规模有效应用的可能。

本发明的技术方案是：一种连接式无人机编队，其特征在于：包括多个固定翼无人机，相邻无人机之间通过连接机构固定连接；所述连接机构包括碳管和连接部件；所述连接部件一侧固定于其中一个无人机机翼翼尖，另一侧与所述碳管的一端固定，用于与相邻无人机机翼翼尖的固定连接，实现多个无人机的固定编队。

本发明的进一步技术方案是：所述连接部件为三通接头，其一端出口固定于其中一个无人机机翼翼尖，另两端出口均同轴固定有所述碳管。

本发明的进一步技术方案是：所述三通接头由多个带有插槽的木板拼接而成，通过螺钉或胶粘将所述碳管同轴固定于其出口处。