一种自主飞行无主动力无人机及其飞行方式

1.一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：由机身（1）、活动左翼（3）、活动右翼（4）、尾翼（2）、起落架（5）、自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统组成；活动左翼（3）和活动右翼（4）结构相同左右对称布置于机身（1）对称纵截面的左右两侧，且置于机身（1）顶部；尾翼（5）包括垂直尾翼和水平尾翼；垂直尾翼由前部固定的垂直安定面（22）和后部活动的方向舵（23）组成；水平尾翼由前部固定的水平安定面（23）和后部活动的升降舵（24）组成；自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统采用方便充电的合适容量的锂电池供电；控制系统用来控制活动左翼（3）和活动右翼（4）的开合，以及控制该无人机转弯和俯仰飞行姿态；机载设备包括螺陀仪及含飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数采集装备；作业设备包括摄像机和其他作业装备；
信号处理系统能将飞行参数、气象参数、音视频及图片信息发给地面设备并能将接收来的地面信号指令分发给机上的相应设备和系统；与本发明无人机配合使用的地面设备包括机体发射器、信号收发设备和飞行控制设备；机体发射器配有储能装置及弹射装置；信号收发设备包括视频、音频和图片接收装置，及包括飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数接收装置，以及飞行指令信号发射装置；飞行控制设备包括电脑、控制软件和自动跟踪系统。
2.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：起落架（5）采用滑橇式结构。
3.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：自动导航系统采用GPS导航系统或北斗导航系统。
4.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：控制活动左翼（3）和活动右翼（4）的开合的执行元件采用高力矩舵机，或直接采用伺服电机外加齿轮组。
5.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：需要执行空中投递物资任务时配备机械抓手。
6.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：它执行的任务包括空中摄影、地理测绘、科学考察、灾情观察、军事侦察和空中投递物资。
7.根据权利要求1所述的一种自主飞行无主动力无人机，其特征在于：一套地面设备配套多架无人机，同时执行多项作业任务。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的自主飞行无主动力无人机的飞行方式，其特征在于：采用地面发射的方式起飞，将活动左翼（3）和活动右翼（4）处于合拢状态的该无人机活装于已储能的机体发射器的弹射装置上，以预先计算好的初速度用弹射的方式以与水平面约成45°角向任务地点上空射出即实现了起飞；当该无人机到达任务地点上空后活动左翼（3）和活动右翼（4）在控制系统的控制下同时同步逐渐打开；无人机执行任务，并将飞行信息和执行任务的情况信息发回地面，任务完成后返航并着陆；整个飞行过程基本上是按照预先设定的飞行路径自主飞行的或是通过地面遥控飞行的。
9.根据权利要求8所述的一种自主飞行无主动力无人机的飞行方式，其特征在于：预先计算初速度及预先设定飞行路径时考虑该无人机在空中的能量损失并留有足够的能量余量以便安全返航并着陆。
10.根据权利要求8所述的一种自主飞行无主动力无人机的飞行方式，其特征在于：有两种工作模式：小翼模式和大翼模式；从发射地到任务地点上空的过程为小翼模式，该过程活动左翼（3）和活动右翼（4）处于合拢状态；执行任务阶段和返航阶段为大翼模式，活动左翼（3）和活动右翼（4）处于打开状态。

一种自主飞行无主动力无人机及其飞行方式\n技术领域\n[0001] 一种自主飞行无主动力无人机及其飞行方式，属航空技术领域，尤其涉及一种自主飞行无人机及其飞行方式。\n背景技术\n[0002] 传统的无人机带有主动力装置，采用电机驱动的机上带有大容量电池、主马达、电子调速器和推进装置如螺旋桨或涵道风扇等；采用内燃机驱动的机上带有装有燃油的油箱、内燃发动机、速度控制舵机和推进装置如螺旋桨或涵道风扇等。这些装置占总重的比例相当大，且会产生阻力，导致飞行的效率不高，且结构复杂，成本高。如果失联丢失了或故障坠落损失也会很大。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是克服传统无人机的上述不足，发明一种低成本的结构简单、重量轻且飞行效率高的自主飞行无主动力无人机及其飞行方式。\n[0004] 一种自主飞行无主动力无人机，由机身、活动左翼、活动右翼、尾翼、起落架、自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统组成。活动左翼和活动右翼结构相同左右对称布置于机身对称纵截面的左右两侧，且置于机身顶部。尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼。垂直尾翼由前部固定的垂直安定面和后部活动的方向舵组成；水平尾翼由前部固定的水平安定面和后部活动的升降舵组成。升降舵在控制系统的操控下上下偏转，向上偏转会使该无人机抬头，实现上仰；升降舵向下偏转会使该无人机低头，实现下俯。方向舵在控制系统的操控下左右偏转，使该无人机向左或向右偏航。起落架采用滑橇式结构，阻力小，对降落场地要求不高，如较平整的地面甚至沙地或草地都能满足降落要求。自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统采用方便充电的合适容量的锂电池供电。自动导航系统采用GPS导航系统或北斗导航系统。控制系统用来控制活动左翼和活动右翼的开合，以及控制该无人机转弯和俯仰飞行姿态。控制活动左翼和活动右翼的开合的执行元件采用高力矩舵机，或直接采用伺服电机外加齿轮组。机载设备包括螺陀仪及含飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数采集装备。作业设备包括摄像机和其他作业装备，其他作业装备是根据不同的作业任务配备的。需要执行空中投递物资任务时配备可控机械抓手。信号处理系统能将飞行参数、气象参数、音视频及图片信息发给地面设备并能将接收来的地面信号指令分发给机上的相应设备和系统。与本发明无人机配合使用的地面设备包括机体发射器、信号收发设备和飞行控制设备。机体发射器配有储能装置及弹射装置。信号收发设备包括视频、音频和图片接收装置，及包括飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数接收装置，以及飞行指令信号发射装置。飞行控制设备包括电脑、控制软件和自动跟踪系统。\n[0005] 本发明自主飞行无主动力无人机的飞行方式是：采用地面发射的方式起飞，将活动左翼和活动右翼处于合拢状态的该无人机活装于已储能的机体发射器的弹射装置上，以预先计算好的初速度用弹射的方式以与水平面约成45°角向任务地点上空射出即实现了起飞。当该无人机到达任务地点上空后活动左翼和活动右翼在控制系统的控制下同时同步逐渐打开。无人机执行摄影、侦察或空中投递物资任务，并将飞行信息和执行任务的情况信息发回地面，任务完成后返航并着陆。整个飞行过程基本上是按照预先设定的飞行路径自主飞行的或是通过地面遥控飞行的。预先计算初速度及预先设定飞行路径时应考虑该无人机在空中的能量损失并留有足够的能量余量以便安全返航并着陆。\n[0006] 本发明一种自主飞行无主动力无人机有两种工作模式：小翼模式和大翼模式。从发射地到任务地点上空的过程为小翼模式，该过程活动左翼和活动右翼处于合拢状态，该无人机受到的阻力小，能量损失小，速度快。执行任务阶段和返航阶段为大翼模式，活动左翼和活动右翼处于打开状态，大翼模式时该无人机速度慢，方便执行任务，升力大，留空时间长，确保安全返航并着陆。\n[0007] 该无人机执行的任务有但不限于：空中摄影，地理测绘，科学考察，灾情观察，军事侦察，空中投递物资。\n[0008] 该发明一种自主飞行无主动力无人机的突出优点是：节能环保且安全。由于机上没有发动机及能量供给系统，结构简单，重量轻，节能又降耗；机上没有燃油或大容量电池，大大减少了燃烧及爆炸安全事故。即使失联丢失了或故障坠落损失也会太大。起飞到达任务地点的速度快用时短，效率高，返航降落时速度慢安全可靠。一套地面设备配套多架无人机，可同时执行多项作业任务，大大地节约成本。\n[0009] 本发明飞行方式尤其适用于短距离执行任务。\n附图说明\n[0010] 图1是本发明一种自主飞行无主动力无人机左活动翼和右活动翼收拢时的俯视示意图；图2是本发明一种自主飞行无主动力无人机左活动翼和右活动翼打开时的俯视示意图。\n[0011] 图中，1-机身，2-尾翼，21-垂直安定面，22-方向舵，23-水平安定面，24-升降舵，\n3-活动左翼，4-活动右翼，5-起落架。\n具体实施方式\n[0012] 现结合附图1~2对本发明加以具体说明：一种自主飞行无主动力无人机，由机身\n1、活动左翼3、活动右翼4、尾翼2、起落架5、自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统组成。活动左翼3和活动右翼4结构相同左右对称布置于机身1对称纵截面的左右两侧，且置于机身1顶部。尾翼2包括垂直尾翼和水平尾翼。垂直尾翼由前部固定的垂直安定面21和后部活动的方向舵22组成；水平尾翼由前部固定的水平安定面23和后部活动的升降舵24组成。升降舵24在控制系统的操控下上下偏转，向上偏转会使该无人机抬头，实现上仰；升降舵24向下偏转会使该无人机低头，实现下俯。方向舵22在控制系统的操控下左右偏转，使该无人机向左或向右偏航。起落架5采用滑橇式结构，阻力小，对降落场地要求不高，如较平整的地面甚至沙地或草地都能满足降落要求。自动导航系统、控制系统、机载设备、作业设备和信号处理系统采用方便充电的合适容量的锂电池供电。自动导航系统采用GPS导航系统。控制系统用来控制活动左翼3和活动右翼4的开合，以及控制该无人机转弯和俯仰飞行姿态。控制活动左翼3和活动右翼4的开合的执行元件采用高力矩舵机。机载设备包括螺陀仪及含飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数采集装备。作业设备包括摄像机和其他作业装备，其他作业装备是根据不同的作业任务配备的。需要执行空中投递物资任务时配备可控机械抓手。信号处理系统能将飞行参数、气象参数、音视频及图片信息发给地面设备并能将接收来的地面信号指令分发给机上的相应设备和系统。与本发明无人机配合使用的地面设备包括机体发射器、信号收发设备和飞行控制设备。机体发射器配有储能装置及弹射装置。信号收发设备包括视频、音频和图片接收装置，及包括飞行高度、飞行速度和风速在内的飞行参数和气象参数接收装置，以及飞行指令信号发射装置。飞行控制设备包括电脑、控制软件和自动跟踪系统。\n[0013] 本发明自主飞行无主动力无人机的飞行方式是：采用地面发射的方式起飞，将活动左翼3和活动右翼4处于合拢状态的该无人机活装于已储能的机体发射器的弹射装置上，以预先计算好的初速度用弹射的方式以与水平面约成45°角向任务地点上空射出即实现了起飞。当该无人机到达任务地点上空后活动左翼3和活动右翼4在控制系统的控制下同时同步逐渐打开。该无人机执行摄影、侦察或空中投递物资任务，并将飞行信息和执行任务的情况信息发回地面，任务完成后返航并着陆。整个飞行过程基本上是按照预先设定的飞行路径自主飞行的或是通过地面遥控飞行的。预先计算初速度及预先设定飞行路径时应考虑该无人机在空中的能量损失并留有足够的能量余量以便安全返航并着陆。\n[0014] 本发明一种自主飞行无主动力无人机有两种工作模式：小翼模式和大翼模式。从发射地到任务地点上空的过程为小翼模式，该过程活动左翼3和活动右翼4处于合拢状态，该无人机受到的阻力小，能量损失小，速度快。执行任务阶段和返航阶段为大翼模式，活动左翼3和活动右翼4处于打开状态，大翼模式时该无人机速度慢，方便执行任务，升力大，留空时间长，确保安全返航并着陆。\n[0015] 该无人机应用广泛，可用于空中摄影，地理测绘，科学考察，灾情观察，军事侦察，空中投递物资等作业。