一种地效无人机及地效无人机高度控制方法-k8凯发

本发明涉及飞行器的，更具体地，涉及一种地效无人机及地效无人机高度控制方法。

背景技术：

1、地效飞行器是一种利用地面效应原理飞行的新型运载工具，地效飞行器装有固定的机翼,在贴近水面或地面飞行时,机翼下表面离飞行界面很近(高度小于两倍冀弦长度),由于水面或地面的存在,改变了气流的下洗场和流速,同时由于地面效应，使得诱导阻力减少,有效翼展增大，从而大大提高机翼的升阻比。在地面效应作用下,地效飞行器的升阻比比一般的飞行器大,所以飞行时所消耗的推进功率小,具有更大的载重量或航程。设计良好的地效飞行器,其油耗可壁普通飞机节省大约一半,有效载荷系数比普通飞行器高25％一50％以上,航程可增加50％左右，具有速度快、经济性好的特点，而且地效飞行器在距离水面数米范围内低空飞行,一旦出现紧急情况,可随时在水面降落,安全性高；加上受地球曲率半径影响，地效飞行器在超低空飞行可以避开防空雷达监视与火力,缩短敌方的反应时间。同时贴近地面受地面杂波干扰，难以被高空飞机雷达发现，具有很高的隐蔽性；

2、地效飞行器作为一种新出现的两栖运载工具集飞机和船舶的许多优点于一身,在军事与民用上有着广阔的应用前景。主要用于大规模远程兵力投送和物资补给,两栖登陆作战，突袭侦察等任务。

3、但是地效飞行器一般无法在地面起飞与降落，不具备垂直起降功能，需要有较大面积的水域供其滑跑起飞降落。飞行器从水面进入大气，又要从大气进入水面，这两种介质的交替使用会给机体造成特别大的冲击载荷，并使飞行器的气动力受到强烈扰动，造成翻转、强烈颠簸，严重的会破坏机体结构，折断机翼、机身等

4、现有技术公开了一种在地效飞行区内飞行的中型地效飞行器，该飞行器包括机身、机翼、尾翼和发动机，所述飞行器尾部设有巡航发动机，机身头部两侧设有起飞发动机，机身中段两侧翼下设有增升气腔，该增升气腔由机身中段下部、主翼下翼面、主翼两端下面的隔板及主翼后缘下偏的襟翼构成封闭状的腔体组成。该地效飞行器实现了在纵向平面内的平衡和机动，确保飞行器在贴近水面的空中稳定飞行。

5、但是，现有技术提出的地效飞行器的主冀展弦比小,离开水面或地面后气动效率变得很差，无法长时间高空飞行，一般只适宜在贴近水面或者地面的地效区内飞行,不具备爬高飞离地效区的能力，且对地效飞行器的高度控制有很高的要求，控制裕度很小，无法单纯通过人工操控实现长时间飞行。

技术实现思路

1、本发明为克服现有的地效飞行器不具备垂直起降功能、且无法长时间高空飞行的问题，提供一种既能垂直起降又能长时间高空飞行的一种地效无人机及地效无人机高度控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种地效无人机，包括：第一机身、第二机身及升力体；

4、所述升力体设置于第一机身与第二机身之间，第一机身的外侧设置有第一机翼，第二机身的外侧设置有第二机翼；所述升力体的尾部设置有垂直尾翼，垂直尾翼上连接有水平尾翼，所述垂直尾翼表面安装有方向舵，水平尾翼表面安装有升降舵；

5、且所述升力体的前缘端设置有一组能够转动的前置倾转电机，所述升力体上设置有后升力螺旋桨。

6、本发明还提出了一种地效无人机高度控制方法，所述方法用于对所述地效无人机进行高度控制；包括以下步骤：

7、获取地效无人机的期望飞行高度，将期望飞行高度减去实际飞行高度，得到高度误差，并将高度误差输入垂向高度控制回路，垂向高度控制回路输出地效无人机的期望升降速率；

8、将期望升降速率减去实际升降速率，得到升降率误差，并将升降率误差输入升降率控制回路，升降率控制回路输出地效无人机的期望俯仰角；

9、将期望俯仰角减去实际俯仰角，得到俯仰角误差，并将俯仰角误差输入俯仰角控制回路，俯仰角控制回路输出地效无人机的期望俯仰角速率；

10、将期望俯仰角速率减去实际俯仰角速率，得到俯仰角速率误差，并将俯仰角速率误差输入俯仰角速率控制回路，俯仰角速率控制回路输出地效无人机的期望升降舵角偏量；

11、将期望升降舵角偏量减去升降舵的实际角偏量，得到角偏量误差，升降舵根据角偏量误差向上或向下偏转；

12、当角偏量误差为正值时，升降舵向上偏转，地效无人机向上抬头，进行爬升飞行；当角偏量误差为负值时，升降舵向下偏转，地效无人机向下低头，进行下滑飞行；当角偏量误差为零时，地效无人机平行飞行，此时地效无人机的实际飞行高度等于期望飞行高度。

13、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

14、本发明根据实际飞行需要，动态调整前置倾转电机的转动角度和转速，以及后升力螺旋桨的转速，能够动态调整倾转电机和升力螺旋桨提供的升力，既能利用地面效应进行水平飞行，又能利用前置倾转电机和后升力螺旋桨提供的升力实现垂直起降，还能使地效无人机在高空中长时间飞行。

技术特征：

1.一种地效无人机，其特征在于，包括：第一机身、第二机身及升力体；

2.根据权利要求1所述的地效无人机，其特征在于，所述升力体呈流线型，且升力体的横剖面为平凸翼型或双凸翼型。

3.根据权利要求1所述的地效无人机，其特征在于，所述第一机翼及第二机翼均具有上反角。

4.根据权利要求3所述的地效无人机，其特征在于，所述前置倾转电机的转动角度范围为:0°至90°。

5.根据权利要求1所述的地效无人机，其特征在于，所述地效无人机还包括用于调整前置倾转电机的转动角度的第一舵机、用于调整前置倾转电机的转速的倾转电机调速器，以及用于调整后升力螺旋桨的转速的升力螺旋桨调速器。

6.根据权利要求1～5任一项所述的地效无人机，其特征在于，所述后升力螺旋桨的进气孔及出气孔处均设置有百叶窗盖板，且所述百叶窗盖板安装在升力体的上表面与下表面，当百叶窗式盖板关闭时，升力体的上、下表面呈平整状态。

7.根据权利要求6所述的地效无人机，其特征在于，所述百叶窗盖板设置有用于控制百叶窗盖板打开和关闭的第二舵机、球头连杆和摇臂，所述第二舵机通过所述摇臂与所述球头连杆相连，所述球头连杆与所述百叶窗盖板的叶片相连，所述第二舵机通过控制所述摇臂转动，带动所述球头连杆转动，从而带动百叶窗盖板的叶片转动。

8.一种地效无人机高度控制方法，所述方法用于对权利要求1～7任意一项所述的地效无人机进行高度控制，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的地效无人机高度控制方法，其特征在于，所述实际飞行高度利用气压高度计和或tof激光测量得到；

10.根据权利要求9所述的地效无人机高度控制方法，其特征在于，利用融合算法，混合使用气压高度计和tof激光对地效无人机的实际高度进行测量的步骤包括：

技术总结
本发明涉及飞行器的技术领域，提出一种地效无人机及地效无人机高度控制方法，包括：第一机身、第二机身及升力体；所述升力体设置于第一机身与第二机身之间，第一机身的外侧设置有第一机翼，第二机身的外侧设置有第二机翼；所述升力体的尾部设置有垂直尾翼，垂直尾翼上连接有水平尾翼，所述垂直尾翼表面安装有方向舵，水平尾翼表面安装有升降舵；且所述升力体的前缘端设置有一组能够转动的前置倾转电机，所述升力体上设置有后升力螺旋桨。

技术研发人员：陈元电,游毅,廖伟鹏,方宇岱,张翔帆,王喆,吕家琦,李彰翰
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8