由涡轮发电机驱动的模块化的多旋翼无人机的制作方法

本发明涉及一种具有高载荷能力、自主性、便于运输和使用的多旋翼无人机，其具有连接至其他单体单元以增加其诸如载荷、自主性和可靠性等能力的独特特征。

具体涉及航空领域，尤其涉及具有远程控制或自动飞行能力的无人航空载具(uav，unmannedaerialvehicle)。

背景技术：

在现有技术中，与旋翼无人机的使用有关的一些问题尚未解决或没有充分解决。

特别是存在与载荷能力、自主性、可运输性和可靠性相关的问题。

特别是多旋翼机在设计阶段即具有预先确定的尺寸和重量的，其基于以下各项之间的比率来确定载荷能力和自主性：螺旋桨尺寸、马达、载具重量和电池容量。通常，较大的无人机尺寸意味着较高的可运输载荷能力和通常较大的飞行自主性。

然而，另一方面，由于尺寸和现场组装的原因，无人机的大尺寸会导致可运输性问题。

当前，多旋翼机被构造为运载小载荷(例如，大约几千克)并且保持飞行几十分钟(例如，40-60分钟)。为了运输大载荷，多旋翼机必须很大，具有大型的发动机、螺旋桨以及大而重的电池，以产生足够用于起飞的能量。

技术实现要素：

本发明的目的是通过由涡轮发电机驱动的模块化的多旋翼无人机的创新系统来解决所有上述问题，该创新系统容许单体单元连接至其他相同单元以便增加载荷能力、自主性、可靠性，始终保持系统的运输便利性，并且容许供能系统由以液体燃料为燃料的涡轮发电机驱动的电动机组成。

特别是通过：

·具有中空结构的碳纤维机架，该机架构造简单，从而减少了部件总数，减轻了重量，赋予了整个系统更大的强度，并且该机架能够用作航空电子设备和控制系统、推进剂和布线的容器；

·方形的旋翼承载系统，与其他旋翼承载系统不同，方形的旋翼承载系统不在多旋翼机的中心处会聚为连接点，从而提供了用于安装发电机的空间，并且还在整个机架上提供了良好的重量分布(图2.2)

·多旋翼无人机的宽度在220到300厘米之间，以便能够将它们放置在卡车的装载平台上，或者可以将它们堆叠起来以在标准运输容器上运输和存放；

·在双马达四旋翼机配置中使用带有大直径螺旋桨(40至50英寸)的8个无刷电动马达，对于每个轴，无刷电动马达都叠加在相反的螺旋桨上(4个同轴的旋翼)，能够获得200至400kg的推力(图l)；

·具有涡轮发电机的电动推进系统，涡轮发电机具有能够安装在机架内部或外部的推进剂箱，能够产生30/50kw的能量；

·通过无人机各侧面上的物理连接系统将多架无人机接合在一起以便创建多样化飞行和装载配置：

o该系统容许通过多个单体模块的连接以便增加载荷能力；

o在运输期间保持恒定的飞行范围和有限度的体积变大(limitedbulkiness)的同时使载荷能力可变(见图5)的1、2、2×2、2×3、2×4、3×3、2×5、3×4、3×5、4×4等配置的无限可能性(见图4)；

·耦合系统，其容许在多个单体模块之间连接数据线和能量线(见图2.1)；

·在各个模块之间联合的情况下，系统变得冗余，因为在发生发电机故障的情况下，马达将能够使用所连接的其他发电机的能量；

·每个单个单元中的冗余的航空电子设备和控制系统(avionics)，以及每个单元都能够作为其他单元的备用电子设备：

o仅使用一个模块时，该单元将被定义为主导单元(master)；

o使用多个单元时，只有一个单元将成为主导单元并且作为所有其他单元的飞行控制器。其他单元将成为辅助单元(slave)并且由系统自动配置用于与主导单元相关的飞行，只有在主导单元发生故障的情况下，辅助单元才会变为主导单元并控制其他单元；

·该系统将配备有全球定位传感器的系统，其可以校正定位误差(rtk-实时动态(realtimechinematik))，防撞和检测障碍物，进行传输数据和立体导航和定位摄像机；

·能够使用单体单元系统的可能性将容许以便利的方式运输堆叠在卡车或运输容器中的单体单元系统，并且仅在实际使用它们的地方才能将它们连接成型(见图5)

附图说明

现在参照以举例而非限制的方式给出的附图说明本发明，在附图中：

·图1：特别是描述无人机的特殊形状和主要部件及其定位：

o1.1由诸如陀螺仪、加速度计、定位系统等各种传感器组成的冗余航空电子设备和控制系统，

o1.2液体推进剂箱

o1.3无人机之间的连接和联接系统

o1.4缓冲电池

o1.5无人机之间的连接和联接系统

o1.6无人机之间的连接和联接系统

o1.7液体推进剂箱

o1.8无人机之间的连接和联接系统

o1.9缓冲电池

o1.10液体推进剂涡轮发电机

·图2：描述了使系统模块化的机架的特性和两架无人机之间的连接系统o2.1可实现单独单元之间的物理连接、数据传输和电力的无人机之间的对接板

o2.2用于马达支撑的方形马达的支撑机架的结构以及模块之间的连接系统的结构

·图3：通过四个连接板的使用描述了四架无人机之间的连接系统。

·图4：描述了可以通过将多架无人机彼此连接而获得的一些配置

o4.1单模块

o4.2双模块配置

o4.3成直线的三个模块(3×l)

o4.4成直线的四个模块(4×1)

o4.5四个模块(2×2)

o4.6六个模块(3×2)

o4.7八个模块(4×2)

o4.8九个模块(3×3)

o4.9十个模块(5×2)

·图5：描述了装载系统和通过容器运输的可能性。实际上，单独的模块是可堆叠的，并且具有适于插入容器内的尺寸。特别是在图中可以看到，在40英尺的容器中，可以通过分成5组、每组7个模块来储存35个单个单元。

o5.1一组堆叠的7个单体单元

o5.240英尺的顶部敞开的标准容器。

单架无人机由复合材料和轻质材料制成；在每个载具中，安装采用燃料的涡轮发电机，以产生足够保证机载电子设备和所有电机机的运行的电力。

载荷能力和自主性将取决于机上螺旋桨的量以及将使用的单独单元的数量。

所产生的电能将直接由电机使用，并且还将用于保持缓冲备用电池系统，以确保在发生发电机故障的情况下uav运行几分钟并足以进行紧急降落。

无人机将配备自主学习式飞行控制器，该飞行控制器适应于系统基于物理连接的单体模块数量能够采用的多样化配置。

a.该系统配备有航空电子设备和控制系统和飞行控制器，其能够基于所连接的单体单元的数量及其定位来修改飞行参数。

b.配置中将只有一架无人机控制其他单元，并被定义为主导控制器(mastercontroller)；将重新配置数据发送到被称为辅助控制器(slavecontroller)的其他单元；

c.辅助控制器将保持备用状态，将控制权留给主导控制器。只有在主导控制器可能发生故障的情况下，辅助控制器才会基于自分配的优先级成为主导控制器；

d.该系统将能够基于连接模块的数量来管理飞行、传感器、马达和电源控制器的故障；

e.该系统配备有特殊的遥测系统(地面/空中/地面)，以连续监控系统和飞行数据。

该系统被设计为容许连接的单体无人机，从而形成由多个单体单元构成的较大的无人机，以便通过使用物理上接合在一起的相同类型的多架无人机来增加无人机的载荷能力。

无人机可用于替代飞行员的生命可能处于危险之中的情景，或狭窄的空间内需要高载荷能力、自主性、起飞和降落将物品从a点运输到b点的所有情况；

一些实际使用的例子可以总结为：

·高海拔运输；

·各种尺寸和重量的物品或物体的运输，其中无人机可以适应要运输的物体的尺寸和重量；

·在困难和/或危险的环境中的搜索和救援行动；

·在敌对环境中的物体的运输和/或科学研究；

·几乎无限的民防行动。