一种纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器控制方法及飞行器与流程

本发明属于小型飞行器制造技术领域，尤其涉及一种纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器控制方法及飞行器。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前的两轴垂直起降的飞行器中，其飞行方式多以横列式为主，可前、后倾转旋翼，但是，发明人发现，该种飞行器的飞行阻力大，飞行速度相比纵列式慢，且飞行姿态不稳定，在急停时或者加速时会出现摇荡现象；

另外，还有一种纵列式飞行的飞行器，在前、后两桨上均配备十字盘，通过调控桨叶的周期螺距来控制飞行器，其结构过于复杂，飞行不够灵活。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器控制方法及飞行器，通过调速机构与倾转机构的协调配合实现飞行器的万向倾转，飞行器飞行灵活，提高飞行灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器控制方法。

一种纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器控制方法，包括：

将接收的起飞指令发送至调速机构，通过调速机构控制启动两组旋翼加速旋转起飞，通过倾转机构调控两组旋翼保持飞行器平衡；

将接收的飞行指令发送至调速机构，以使调速机构根据飞行方向控制两组旋翼产生转速差，或将接收的飞行指令发送至倾转机构，以使倾转机构根据飞行方向驱动两组旋翼倾转，以实现飞行器旋翼的万向倾转飞行。

本发明的第二个方面提供一种飞行器

一种飞行器，包括：飞行器本体、旋翼、调速机构、倾转机构和操控机构；

所述旋翼对称设置在飞行器本体前后两端；

所述操控机构用于将起飞指令发送至调速机构，通过调速机构控制启动两组旋翼加速旋转起飞，通过倾转机构调控两组旋翼保持飞行器平衡；

所述操控机构用于将接收的飞行指令发送至调速机构，以使调速机构根据飞行方向控制两组旋翼产生转速差，或将接收的飞行指令发送至倾转机构，以使倾转机构根据飞行方向驱动两组旋翼倾转，以实现飞行器旋翼的万向倾转飞行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的控制方法通过调速机构与倾转机构的协调配合实现旋翼的万向倾转，因纵列式飞行相比横列式阻力小飞行速度快，飞行姿态稳定，避免了横列式急停前后摇荡的问题，结构相对简单，因前后两组螺旋桨可前后左右万向倾转，所以飞行器飞行灵活，飞行动作反应灵敏及时，易于操控，还可实现无人遥控飞行。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器的结构示意图；

图2为本发明实施例3提供的纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明所提供的纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器的控制方法，针对两轴飞行器，该两轴飞行器包括两个或两组旋翼，或涵道动力系统；在支撑杆的两端，各安装一个单旋翼，或在两端各安装一组旋翼，即两个上下对称安装且旋转方向相反的旋翼组，或在两端各安装一组旋翼，即在支撑杆上面或下面两个电机叠加安装且轴套轴的同轴对转的旋翼组；

两轴飞行器的飞行控制方法具体包括：将接收的起飞指令发送至调速机构，通过调速机构控制启动两组旋翼加速旋转起飞，通过倾转机构调控两组旋翼保持飞行器平衡；将接收的飞行指令发送至调速机构，以使调速机构根据飞行方向控制两组旋翼产生转速差，或将接收的飞行指令发送至倾转机构，以使倾转机构根据飞行方向驱动两组旋翼倾转，以实现飞行器旋翼的万向倾转飞行。

下面结合具体实施例来详细说明本发明所提供的纵列式可倾转旋翼垂直起降飞行器的控制方法：

实施例一

如图1所示，飞行器的两组旋翼都可实现横向倾转或纵向倾转，该飞行器包括飞行器本体，在具体实施中，飞行器本体包括纵向支撑杆11和两个相对倾斜的竖向支撑杆12；所述两个相对倾斜的竖向支撑杆12的顶部安装在所述纵向支撑杆11的中间约偏后位置的两侧；其中，两个相对倾斜的竖向支撑杆与纵向支撑杆的安装位置关系可根据重心需要调整；

所述两个相对倾斜的竖向支撑杆12的下部连接有安装架18，安装架18上装有带扶手的座椅14，所述带扶手的座椅14右侧座椅扶手前端设置有用于操控飞行器的摇杆15；所述安装架18下部安装有起落架16，所述安装架18前部安装有两个斜拉支撑杆17，所述两个斜拉支撑杆17上端安装在纵向支撑杆11中间约偏前位置的两侧，所述摇杆下部的盒内还装有飞行控制器简称飞控。

所述摇杆15用于操控飞行器，设有可上推和下压的油门开关；所述两组旋翼的每个电机都配有调速机构，即电子调速器；摇杆15为飞行控制器提供输入指令，上推或下压油门开关触发飞行控制器后，飞行控制器对电子调速器发送增加油门或者减少油门的控制指令，通过电子调速器控制旋翼电机转速的增加或者减少；

或者，两组旋翼固定在纵向倾转轴上，所述纵向倾转轴通过连接件与横向倾转轴连接；横向倾转轴、纵向倾转轴和连接件构成倾转机构，倾转机构分为纵向倾转驱动机构和横向倾转驱动机构，摇杆的不同的操作方式触发飞行控制器发送操控指令至各组旋翼的纵向倾转驱动机构和横向倾转驱动机构，以此执行倾转动作；

飞行控制器发送操控指令传至纵向倾转驱动机构或横向倾转驱动机构时，纵向倾转驱动机构驱动纵向倾转轴带动旋翼组做纵向向前或向后倾转动作；指令传至横向倾转驱动机构时，横向倾转驱动机构驱动横向倾转轴带动旋翼组做横向向左或向右倾转动作；

需要说明的是，所述倾转机构可以是舵机、液压装置、电动蜗杆、电动丝杆等直接驱动，还可以由它们带动摆臂、齿轮、皮带和皮带轮等传动机构，本实施例以舵机作为说明示例；

所述摇杆可以前推、后拉、左推、右推、向左扭动、向右扭动，不同的操作方式会触发飞行控制器产生不同的操控指令传送至各个驱动机构，可能将指令发至旋翼的电机，使其增加或者减小转速；还可能将指令发至各组的纵向倾转驱动机构或横向倾转驱动机构，由纵向倾转驱动机构或横向倾转驱动机构驱动旋翼组实现纵向和横向的倾转动作。

本实施例详细说明两组旋翼可做横向倾转和纵向倾转控制方法，由飞行控制器将操控指令发送至各组旋翼的纵向倾转驱动机构或横向倾转驱动机构进行控制，由飞行控制器和摇杆构成操纵机构，且二者通过信号电缆相连，飞行控制器与调速机构和倾转机构相连，用于控制飞行器本体运行，该控制方法具体包括：

(1)悬停：

飞行控制器将接收的起飞指令发送至调速机构，即电子调速器，以下简称电调，通过电调控制启动两组旋翼加速旋转起飞，两组旋翼旋转面与地面平行，倾转角为零度，且可通过倾转机构调控两组旋翼保持飞行器平衡；

具体地，飞行器静止时两组旋翼旋转面为水平状态，与地面平行。当打开飞行器电源开关，逐渐上推油门开关增加油门以触发飞行控制器，飞行控制器发送增加油门的指令至两组旋翼的电调，电调驱动两组旋翼电机启动并逐渐加速旋转，直至到达一定转速时飞行器垂直起飞离地，离地至一定高度后调节油门使升力与飞行器重量相同，此时飞行器悬停在空中，两组旋翼的旋转面与地面平行，倾转角为零度；

飞行器悬停时，即使松开操控摇杆的手，飞行控制器会根据传感器采集的数据自行分别调控每组旋翼的油门保持悬停状态；

悬停时，如果上推油门开关触发飞行控制器发送增加油门的指令至两组旋翼的电调，旋翼的电机转速增加，飞行器做垂直上升飞行；如果下压油门开关触发飞行控制器发送减小油门的指令至两组旋翼的电调，旋翼的电机转速减少，飞行器做垂直下降飞行。

(2)以横列姿态飞行，即侧飞：

当飞行控制器接收侧飞指令时，控制横向倾转舵机根据侧飞方向驱动两组旋翼倾转，同时控制调速机构增加旋翼的转速，以保持飞行器飞行高度不变。

具体地，侧飞指令为向左侧飞行时，左推摇杆，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器给两组旋翼的横向倾转舵机同时发出向左倾转指令，两组旋翼的横向倾转舵机驱动前后两组旋翼向左倾转，两组旋翼面向左倾斜，原有向上的升力分解出一个向左的拉力，飞行器向左飞；

由于原有向上的升力被分走一部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力；

可以理解的，在向左的拉力作用下飞行器向左飞行，两组旋翼倾转角度越大拉力越大，飞行速度越快。

侧飞指令为向右侧飞行时，右推摇杆，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器给两组旋翼的横向倾转舵机同时发出向右倾转指令，两组旋翼的横向倾转舵机驱动前后两组旋翼向右倾转，两组旋翼面向右倾斜，原有向上的升力分解出一个向右的拉力，飞行器向右飞；

同样由于原有向上的升力被分走一部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力；

可以理解的，在向右的拉力作用下飞行器向右飞行，两组旋翼倾转角度越大拉力越大，飞行速度越快。

另外，假设飞行器向左横飞时是向前方飞行，两组旋翼一左一右在两边，摇杆是左推状态，此时后拉摇杆触发飞行控制器发送指令给两个横向倾转舵机，使左侧舵机回收一部分倾转角度并降低转速，使右侧舵机增大一部分倾转角度并增加转速，飞行器此时向左侧转弯飞行；反之左推摇杆情况下再向前推，飞行器向右转弯飞行。

(3)以纵列姿态前飞：

当飞行控制器接收前飞指令时，控制纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，同时控制调速机构增加旋翼的转速，以保持飞行器飞行高度不变。

具体地，悬停时，向前推摇杆，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器给两组旋翼的纵向倾转舵机发送前飞指令，纵向倾转舵机驱动两组旋翼逐渐向前倾转，旋翼面向前倾斜，原有向上的升力被分解出一个向前的拉力，飞行器向前飞；

由于原有向上的升力被分走一部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力；

可以理解的，在向前的拉力作用下飞行器向前飞行，两组旋翼倾转角度越大拉力越大，飞行速度越快。

可以理解的，向后拉摇杆，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器给两组旋翼的纵向倾转舵机发送后飞指令，纵向倾转舵机驱动两组旋翼逐渐向后倾转，旋翼面向后倾斜，原有向上的升力被分解出一个向后的拉力，飞行器向后飞；

同样由于原有向上的升力被分走一部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力。

(4)纵列斜飞：

当飞行控制器接收斜飞指令时，控制横向倾转舵机驱动两组旋翼向预设方向倾转，控制纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，同时控制调速机构增加旋翼的转速，以保持飞行器飞行高度不变。

具体地，如果向前推摇杆的同时又向左推即向左前方推时，触发飞行控制器，飞行控制器发出指令传递给两组旋翼的横向倾转舵机和纵向倾转舵机；两个横向倾转舵机驱动前后两组旋翼向左倾转，两组旋翼面向左倾斜，原有向上的升力分解出一个向左的拉力；同时两个纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，两组旋翼面向前倾斜，原有向上的升力又被分解出一个向前的拉力，飞行器向左前方飞行；

此时两组旋翼的旋翼面倾斜方向为向左前方约45度方向，原有向上的升力被分为三个部分，一部分是向上的升力，一部分是向左的拉力，还有一部分是向前的拉力，分走两个部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力；

飞行器在向左和向前的拉力作用下向左前方飞行，如果两组旋翼向左和向前的倾转角相同，那么飞行器就向45度方向飞行；如果向左大于向前倾转角，那么向左的拉力就大于向前的拉力，飞行器的飞行方向就偏左，反之就偏前方。

如果向前推摇杆的同时又向右推即向右前方推时，触发飞行控制器，飞行控制器发出指令传递给两组旋翼的横向倾转舵机和纵向倾转舵机；两个横向倾转舵机驱动前后两组旋翼向右倾转，两组旋翼面向右倾斜，原有向上的升力分解出一个向右的拉力；同时两个纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，两组旋翼面向前倾斜，原有向上的升力又被分解出一个向前的拉力，飞行器向右前方飞行；

此时两组旋翼的旋翼面倾斜方向为向右前方约45度方向，原有向上的升力被分为三个部分，一部分是向上的升力，一部分是向左的拉力，还有一部分是向前的拉力，分走两个部分升力减小，飞行器会掉高，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力。

(5)纵列转弯飞行：

当飞行控制器接收转弯指令时，控制纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，控制横向倾转舵机驱动两组旋翼按相反方向倾转，同时控制调速机构增加旋翼的转速，以保持飞行器飞行高度不变。

具体地，向前方推摇杆并向左扭动时，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器将指令传递给两组旋翼的横向倾转舵机和纵向倾转舵机；两个纵向倾转舵机驱动两组旋翼向前倾转，两组旋翼面向前倾斜，原有向上的升力被分解出一个向前的拉力，拉动飞行器向前飞行；

前旋翼组的横向倾转舵机向左驱动旋翼组倾转，旋翼面向左倾斜，产生向左的拉力；后旋翼组横向倾转舵机向右驱动旋翼组倾转，旋翼面向右倾转，产生向右的拉力，飞行器向前飞行向左转弯；

同样的，向前方推摇杆并向右扭动时，前旋翼组的横向倾转舵机向右驱动旋翼组倾转，旋翼面向右倾斜，产生向右的拉力；后旋翼组横向倾转舵机向左驱动旋翼组倾转，旋翼面向左倾转，产生向左的拉力，飞行器向前飞行向右转弯；

飞行器在向前拉力作用下前飞，同时在前后两个方向相反的拉力作用下一边前飞一边转弯；同样，为保持飞行高度不变，在两组旋翼倾转的同时飞行控制器发送增加转速的指令至电调，以补偿被分走的升力。

实施例二

本实施例详细说明两组旋翼只有横向倾转的控制方法，具体包括：

其中，悬停和以横列姿态横向飞行时同实施例一的控制方法相同，在此不再复述。

(1)纵列姿态前飞

当飞行控制器接收前飞指令时，通过电调控制飞行器后端旋翼的转速高于前端旋翼的转速，通过两组旋翼产生的转速差驱动飞行器机体和两组旋翼旋转面向前倾斜。

具体地，飞行器悬停时，向前推摇杆触发飞行控制器，飞行控制器发送前飞指令给两组旋翼的电调，电调增加油门使两组旋翼组增加转速，飞行控制器控制后一组旋翼转速高于前一组旋翼转速，飞行器后端升力比前端大，机体向前倾斜，两组旋翼旋转面向前倾斜；此时由悬停时的纯升力分解出一个向前的拉力，拉动飞行器向前飞行；

同样的，向后拉摇杆时，飞行控制器控制后一组旋翼转速低于前一组旋翼转速，飞行器机体向后倾斜，飞行器向后飞行。

(2)纵列斜飞：

当飞行控制器接收斜飞指令时，通过电调控制飞行器后端旋翼的转速高于前端旋翼的转速，通过控制横向倾转舵机驱动两组旋翼向斜飞方向倾转，以实现飞行器斜飞。

具体地，飞行器悬停时向左前方推摇杆，飞行控制器发送指令给两组旋翼的电调，控制电调使前后两组旋翼增加转速，后一组旋翼转速高前一组旋翼转速略低，飞行器机体向前倾斜；同时飞行控制器发送指令给前后两个横向倾转舵机，驱动前后两组旋翼向左倾转；飞行器由悬停状态的纯升力分解出一个向前的拉力和一个向左的拉力，拉动飞行器向左前方飞行；

同理，向右前方推摇杆，飞行控制器发送指令给两组旋翼的电调，控制电调使前后两组旋翼增加转速，后一组旋翼转速高前一组旋翼转速略低，飞行器机体向前倾斜；同时飞行控制器控制横向倾转舵机驱动前后两组旋翼向右倾转，飞行器由悬停状态的纯升力分解出一个向前的拉力和一个向右的拉力，拉动飞行器向右前方飞行。

(3)纵列转弯飞行：

当飞行控制器接收转弯指令时，通过电调控制飞行器后端旋翼的转速高于前端旋翼的转速，通过控制横向倾转舵机驱动两组旋翼按相反方向倾转，同时控制调速机构增加旋翼的转速，以保持飞行器飞行高度不变。

具体地，向前方推摇杆并向左扭动时，摇杆触发飞行控制器，飞行控制器指令传递给两组旋翼的电调，电调增加油门使两组旋翼组增加转速，飞行控制器控制后一组旋翼转速高于前一组旋翼转速，飞行器后端升力比前端大，机体向前倾斜，两组旋翼旋转面向前倾斜，飞行器向前飞行；

同时飞行控制器发送指令给前后两组旋翼的横向倾转舵机，前旋翼组的横向倾转舵机接到指令后向左驱动旋翼组倾转，旋翼面向左倾斜，产生向左的拉力；后旋翼组的横向倾转舵机接到指令后向右驱动旋翼组倾转，旋翼面向右倾转，产生向右的拉力，飞行器向前飞行向左转弯

同样的，向前方推摇杆并向右扭动时，通过电调控制飞行器后端旋翼的转速高于前端旋翼的转速，两组旋翼旋转面向前倾斜，飞行器向前飞行；同时，前旋翼组的横向倾转舵机接到指令后向右驱动旋翼组倾转，旋翼面向右倾斜，产生向右的拉力；后旋翼组的横向倾转舵机接到指令后向左驱动旋翼组倾转，旋翼面向左倾斜，产生向左的拉力，飞行器向前飞行向右转弯；

飞行器在向前拉力作用下前飞，同时在前后两个方向相反的拉力作用下一边前飞一边转弯；同时飞行控制器会在旋翼倾转时下达增加转速的指令，以补偿升力保持飞行高度不变。

在上述实施例中，因电机的转速是有一个范围的，上述的操控动作中，凡是需要增加或者减少旋翼转速的情况下，还可以同时调节总桨距来调节旋翼的拉力，不论是二叶桨、三叶桨、多叶桨等，所有的桨叶同时改变同样的桨距即为调节总桨距；

在油门充裕转速相同的情况下，总桨距加大拉力就增大，总桨距减小拉力就减小；

当电机在效率最高时的转速为最佳转速，在此转速下如果需要增加拉力，单纯增加油门电机转速会增加，转速可能会超越最佳转速的范围；

同样，单纯增加旋翼的总桨距会拉低电机的转速，转速可能会低于最佳转速的范围；

所以，为保持最佳转速，在操控时设置飞行控制器下发指令给电调增加油门，同时下发指令给总桨距驱动装置增加总桨距，使油门和总桨距同时增加，使电机始终维持在最佳转速范围内，此时飞行器的飞行效率最高；

实施例三

本实施例提供一种飞行器，包括飞行器本体、旋翼、调速机构、倾转机构和操控机构，该飞行器可实现实施例一或实施例二所述的飞行器可倾转旋翼垂直起降控制方法；

所述旋翼对称设置在飞行器本体前后两端；

所述操控机构包括摇杆和飞行控制器，所述飞行控制器接收摇杆的起飞指令和各种飞行动作指令；

所述飞行控制器将接收的起飞指令发送至调速机构，通过调速机构控制启动两组旋翼加速旋转起飞，通过倾转机构调控两组旋翼保持飞行器平衡；

所述飞行控制器将接收的飞行指令发送至调速机构，以使调速机构根据飞行方向控制两组旋翼产生转速差，或将接收的飞行指令发送至倾转机构，以使倾转机构根据飞行方向驱动两组旋翼倾转，以实现飞行器旋翼的万向倾转。

在本实施例中，如图1所示，在飞行器的支撑杆11的两端各安装一组旋翼，旋翼组包括上下对称安装且旋转方向相反的旋翼；

或，飞行器的支撑杆11的两端各安装一组旋翼，旋翼组包括两个电机叠加安装且轴套轴的同轴对转的旋翼；

或，在飞行器的支撑杆11的两端各安装一组单旋翼，两组单旋翼安装在支撑杆上面或下面。

在本实施例中，两组旋翼固定在纵向倾转轴上，所述纵向倾转轴通过连接件与横向倾转轴连接；横向倾转轴、纵向倾转轴和连接件构成倾转机构，倾转机构分为纵向倾转驱动机构和横向倾转驱动机构，摇杆的不同的操作方式触发飞行控制器发送操控指令至各组旋翼的纵向倾转驱动机构和横向倾转驱动机构，以此执行倾转动作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。