CN111874222A - 一种纯电动纵列双旋翼无人机*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纯电动纵列双旋翼无人机***，包括纵列双旋翼无人机平台、飞控单元、电源及电源管理单元以及地面站单元；纵列双旋翼无人机平台包括机架、旋翼***以及动力***；飞控单元通过传感器获取无人机的姿态信息，并通过PID控制器实现姿态的控制；电源及电源管理单元分别与动力***以及飞控单元相连接，地面站单元与飞控单元进行数据及指令传输。本发明采用纯电动动力***，大大简化动力***机械难度和维修难度，并且更加环保；两个旋转方向相反的旋翼***分别安装在两个旋翼塔座上，产生的反作用扭矩可以互相平衡掉，无需单独设计尾桨，效率更高；载重能力更为优秀；起降要求条件低，悬停时的抗侧风扰动能力优秀，具有较大的操纵余量。
Description
技术领域
本发明属于无人机机械设计领域，具体涉及一种纯电动纵列双旋翼无人机***。
背景技术
在民用领域，无论是应急医疗、物流，还是消防等领域都对运输无人机有大量需求。在军用领域，运输无人机可实现战场短距离多批次的物资运输，以及侦察、应急救援等各领域的应用。因此，运输无人机是各国军方和众多科技公司竞相攻克的项目。而且目前制约运输无人机发展的主要瓶颈就是安全可靠性、载重量和飞行时间。另外目前国内外主流运输无人机是采用油动航空发动机，以燃油提供动力，优点是载重和续航都比较好；但缺点是结构复杂，维护保养难度大，操作起来对飞手要求高；购买价格较贵；发动机震动大，寿命不长等。这些都限制了运输无人机的发展。纯电动、长航时、大负载、垂直起降的无人机目前国内外都是空白。
因此，针对以上问题研制出一种具有优秀载重与续航且起飞条件较低的纯电动无人机是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种纯电动纵列双旋翼无人机***。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纯电动纵列双旋翼无人机***，包括纵列双旋翼无人机平台、飞控单元、电源及电源管理单元以及地面站单元；所述纵列双旋翼无人机平台包括机架、旋翼***以及动力***；所述机架的前后两端各设有一个旋翼塔座；所述旋翼***的数量为两个，分别安装于两个旋翼塔座上，且旋转方向相反；所述动力***为纯电动动力***，数量同样为两个，分别与两个旋翼***配合相安装；所述飞控单元通过传感器获取无人机的姿态信息，并通过PID控制器实现姿态的控制；所述电源及电源管理单元分别与动力***以及飞控单元相连接，包括高能量密度锂电池组以及与之相连的电源管理***；所述地面站单元与飞控单元进行数据及指令传输，包括遥控器及操作***。
本发明中的纵列双旋翼无人机平台由于其双发结构，机舱长而平直特性，在较低桨盘载荷下可得到最佳性能，纵向重心范围大使得其悬停效率更高。机身和外挂点不受结构及外挂货物的重心变化影响，无需特殊配平，不受起落机构干扰，带来的直接好处是其运载能力相较于传统的单旋翼直升机有明显的提升，载重能力也更大。具备同体积下桨盘直径更小的先天优势，翼尖线速度更低，可以确保飞行速度优于常规直升机。纵列式双旋翼直升机抗侧风能力强，无需飞控为其保持角速率闭环稳定，在大风环境下仍有较大的操纵余量，抗侧风能力强，在大风环境下仍有较大的操纵余量。
电源及电源管理单元分别与动力***以及飞控单元相连接，包括高能量密度锂电池组以及与之相连的电源管理***，电源管理***负责测量并记录电池电压、温度、容量、运行电流、运行电压等参数。
地面站单元可以实现无人机自动航线的规划、无人机遥控、机载图像回传画面显示以及无人机状态监视的功能。
进一步地，所述旋翼***包含有伺服舵机，用于控制周期变距以及总距，并且旋翼***的主轴上还配合安装有单向轴承。
进一步地，所述传感器为加速度传感器以及陀螺仪传感器。
进一步地，所述飞控单元还包括有定位***。
进一步地，所述定位***为GPS定位***或者北斗定位***。
进一步地，所述机架以及旋翼塔座均由碳纤维以及航空铝合金材料制成。
本发明于现有技术相比，具有以下优点：
1、采用纯电动动力***，大大简化动力***机械难度和维修难度，并且更加环保；
2、两个旋转方向相反的旋翼***分别安装在两个旋翼塔座上，产生的反作用扭矩可以互相平衡掉，无需单独设计尾桨，效率更高；
3、相比于传统的无人机，采用纵向双旋翼的设计使得载重能力更为优秀，最大起飞重量达到300公斤，最大载荷重量达到100公斤，且最大航时可达70分钟；
4、若动力***出现故障，导致无法正常起降时，由于旋翼***的主轴安装有单向轴承，可根据惯性实现无动力安全迫降，相比于目前的多轴（三轴以上）无人机，其安全性更高
5、起降要求条件低，悬停时的抗侧风扰动能力优秀，具有较大的操纵余量。
附图说明
图1、本发明的总体框架图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本实施例提供了一种纯电动纵列双旋翼无人机***，包括纵列双旋翼无人机平台、飞控单元、电源及电源管理单元以及地面站单元。
纵列双旋翼无人机平台包括机架、旋翼***以及动力***；机架的前后两端各设有一个旋翼塔座；旋翼***的数量为两个，分别安装于两个旋翼塔座上，且旋转方向相反；旋翼***包含有伺服舵机，用于控制周期变距以及总距，并且旋翼***的主轴上还配合安装有单向轴承；机架以及旋翼塔座均由碳纤维以及航空铝合金材料制成；动力***为纯电动动力***，数量同样为两个，分别与两个旋翼***配合相安装。
飞控单元通过加速度传感器以及陀螺仪传感器获取无人机的姿态信息，并通过PID控制器实现姿态的控制；飞控单元还包括有GPS定位***或者北斗定位***。
电源及电源管理单元分别与动力***以及飞控单元相连接，包括高能量密度锂电池组以及与之相连的电源管理***。
地面站单元与飞控单元进行数据及指令传输，包括遥控器及操作***。
本实施例中所提供的一种大载重纵列双旋翼无人机平台，其工作流程以及原理为：
1、两套旋翼***依靠各自的纯电动动力***，带动主旋翼反方向旋转，纯电动动力***可选用搭配有动力电池的无刷电机；
2、主旋翼采取定速旋转的方式，当转速达到预定值后保持不变，通过倾斜盘的上下运动改变主旋翼总距，导致升力变化，实现无人机的上升与下降；
3、两个旋翼***的主旋翼倾斜盘相向运动，实现主旋翼升力方向变化，从而控制无人机完成仰俯以及横滚动作，实现航向控制；
4、通过飞控单元的加速度传感器以及陀螺仪传感器实时获取无人机的姿态数据，通过PID控制器控制飞机实现自稳；
5、所需运载货物通过货物仓装填，凭借飞机平台性能优势，载重量远大于传统旋翼无人机，同时飞机纵向重心范围大挂载形式的货物重心要求更低；
6、通过飞控单元的GPS定位***或者北斗定位***，同时还可配合指南针以及气压计等模块获取无人机的定位坐标、地磁航向、气压高度等参数，并通过相关算法实现定点悬停、一键返航以及航线飞行等功能。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：包括纵列双旋翼无人机平台、飞控单元、电源及电源管理单元以及地面站单元；所述纵列双旋翼无人机平台包括机架、旋翼***以及动力***；所述机架的前后两端各设有一个旋翼塔座；所述旋翼***的数量为两个，分别安装于两个旋翼塔座上，且旋转方向相反；所述动力***为纯电动动力***，数量同样为两个，分别与两个旋翼***配合相安装；所述飞控单元通过传感器获取无人机的姿态信息，并通过PID控制器实现姿态的控制；所述电源及电源管理单元分别与动力***以及飞控单元相连接，包括高能量密度锂电池组以及与之相连的电源管理***；所述地面站单元与飞控单元进行数据及指令传输，包括遥控器及操作***。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：所述旋翼***包含有伺服舵机，用于控制周期变距以及总距，并且旋翼***的主轴上还配合安装有单向轴承。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：所述传感器为加速度传感器以及陀螺仪传感器。
4.根据权利要求3所述的一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：所述飞控单元还包括有定位***。
5.根据权利要求4所述的一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：所述定位***为GPS定位***或者北斗定位***。
6.根据权利要求1所述的一种纯电动纵列双旋翼无人机***，其特征在于：所述机架以及旋翼塔座均由碳纤维以及航空铝合金材料制成。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113968339A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-01-25 | 中国直升机设计研究所 | 一种可应急配平直升机旋翼反扭矩的环控***及控制方法 |
| CN116149242A (zh) * | 2023-04-20 | 2023-05-23 | 北京创博联航科技有限公司 | 一种双旋翼纵列式无人机飞控*** |
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2020
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113968339A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-01-25 | 中国直升机设计研究所 | 一种可应急配平直升机旋翼反扭矩的环控***及控制方法 |
| CN113968339B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-04-28 | 中国直升机设计研究所 | 一种可应急配平直升机旋翼反扭矩的环控***及控制方法 |
| CN116149242A (zh) * | 2023-04-20 | 2023-05-23 | 北京创博联航科技有限公司 | 一种双旋翼纵列式无人机飞控*** |
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