78、五倾转旋翼无人机在低速风洞中的过渡飞行演示

五倾转旋翼无人机在低速风洞中的过渡飞行演示

1. 引言

近年来，垂直起降（VTOL）固定翼飞行器备受关注。这类飞行器兼具直升机垂直起降的能力，以及传统固定翼飞机高速巡航和长航程的特点，在监视、监测和科学测量等领域具有广阔的应用前景。

现有的固定翼VTOL无人机的特点是分布式推进组件可在垂直和水平方向同步旋转。许多研究团队对不同的倾转旋翼或倾转翼布局进行了研究，如日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）对四倾转翼（QTW）布局的研究，以及其他团队在空气动力学测试、飞行动力学分析、飞行控制律设计和过渡飞行演示等方面的工作。

安全平稳的过渡飞行对于发挥直升机和固定翼飞机的优势至关重要。然而，由于机翼或旋翼旋转导致的空气动力学特性的显著变化，过渡飞行对所有上述固定翼VTOL飞机来说都是一项挑战。因此，固定翼VTOL飞机通常需要增益调度控制器。这涉及到建立非线性数学模型来捕捉悬停、过渡和巡航阶段的空气动力学、推进和重力动力学；确定过渡走廊以找到可行且可接受的飞行状态，并确保控制权限在可用范围内；以及在闭环性能和鲁棒性之间进行适当的权衡，以解决控制增强和干扰抑制的问题。

为了开发固定翼布局的关键建模和控制技术，构建了五倾转旋翼（QuinTR）无人机原型，并配备了飞行控制系统，然后在风洞中进行空气动力学特性和过渡飞行演示测试。

2. QuinTR无人机概述

2.1 QuinTR飞机概念

QuinTR无人机的布局和配置包括五个旋转旋翼，其中一个安装在机身尾部（推进），另外四个安装在机翼前缘（拉动），并与带有“H”型尾翼的固定翼飞机相连。每个旋翼设计为固定螺距，并由伺服执行器驱动。其飞行剖面可分解为三种典型飞行模式