本发明涉及飞行器，尤其是一种离子风螺旋桨无人机及其操作方法。
背景技术：
1、离子风通过气体电晕放电中粒子之间的动量交换产生，因此其流动特性与电晕放电过程密切相关。电晕放电是一种大气放电现象，在两个电极之间的高度非均匀电场中发生。当施加电压超过大气放电阈值时，电极表面尖端电场分布使得电场强度(即发射电极)首先超过气体击穿的临界电场强度，大气电离现象由此发生。大气电离产生大量离子和电子，电子或离子受到电场影响将向接地电极移动，在此过程中，碰撞加速中性大气分子，由此产生离子风。
2、离子风的产生使得电极结构具有推力作用，可以作为一种新型动力技术。离子风技术具有结构简单、静音等优点。目前离子风装置采用的高压电极主要为1mm的金属导线，采用金属板或金属丝为接地极。由于单根导线所电离的大气中性分子有限，所产生推力约50mn/m，但现有离子风技术结构尺寸要求大，推力面积小导致其实用性较差。
技术实现思路
1、本发明为了解决现有技术存在的问题，提供一种离子风螺旋桨无人机及其操作方法，将高压电极与螺旋桨结合，提升离子风推进装置的推力面积比，并将其应用于无人机，通过离子风驱动无人机飞行，相比常规螺旋桨无人机具有静音优势，并解决了常规离子风装置推力较小以及大尺寸等限制。
2、为解决上述技术问题，本发明提供一种离子风螺旋桨无人机，包括机身框架、高压电源、导线、飞行器控制模块和小型离子风螺旋桨，所述高压电源和飞行器控制模块均设置在机身框架上，所述机身框架四周设置有多个小型离子风螺旋桨，所述高压电源包括输出端与接地端，所述高压电源的输出端与接地端均通过导线与每个小型离子风螺旋桨连接，所述小型离子风螺旋桨通过高压电源施加的电压使得小型离子风螺旋桨产生离子风并驱动螺旋桨旋转，进而小型离子风螺旋桨的推力为离子风产生的推力和螺旋桨转动产生的推力之和。
3、离子风螺旋桨是一种通过电离加速空气驱动螺旋桨的离子风技术，它通过对螺旋桨施加高压，电离加速空气向接地端移动，进而形成轴向推力。相比常规离子风技术，离子风螺旋桨既具备离子风技术优点，同时由螺旋桨运动产生额外推力，推力面积比得到大幅提高，在小型飞行器上具有重要应用价值。同时，本发明所涉及的小型离子风螺旋桨的推力为离子风产生的推力和螺旋桨转动产生的推力之和，远大于常规离子风所带来的推力面积。
4、进一步的，所述小型离子风螺旋桨包括小型螺旋桨和环形接地端。
5、进一步的，所述小型螺旋桨的机翼上设置有金属发射极，所述小型螺旋桨中心设置有滚动轴承，能够自由旋转，所述小型螺旋桨通过导线将滚动轴承与高压电源输出端连接，所述小型螺旋桨上表面覆盖一层绝缘材料。
6、进一步的，所述金属发射极为半径较小的铜丝或锯齿形铜带，金属发射极由导电胶带与小型螺旋桨粘接。
7、进一步的，所述环形接地端由树脂材料制成，呈环形结构，上表面镀有金属形成导电面，该导电面通过导线与高压电源接地端相连接。
8、进一步的，所述高压电源包括锂电池和高压功率转换器两部分，能够提供10～50kv的正负高压。高压电源通过导线连接小型离子风螺旋桨，在供电后驱动小型离子风螺旋桨转动。
9、进一步的，所述飞行器控制模块由接收器、控制器和传感器组成，所述接收器接收用户发出的指令，所述传感器采集数据计算后输出控制信号，所述控制器控制高压电源输出电压以控制无人机的姿态和动作。
10、进一步的，所述机身框架包括主体框架和支撑脚架，所述主体框架内部中空，安装有飞行控制模块和高压电源，并为小型离子风螺旋桨提供支撑平台；所述支撑脚架，设置在主体框架下方，用于无人机落地支撑。
11、进一步的，所述小型离子风螺旋桨的个数为不少于三个。
12、进一步的，所述机身框架由轻质树脂材料制成，所述支撑脚架由质量轻且强度高的材料制成，所述支撑脚架通过螺丝与主体框架固定连接。
13、一种如上所述离子风螺旋桨无人机的操作方法，包括如下步骤：
14、步骤一、将金属发射极通过滚动轴承、连接导线连接至高压电源输出端，将环型接地端通过连接导线连接至高压电源接地端；
15、步骤二、通过飞行器控制模块内部的接收器接收遥控信号，开启高压电源；
16、步骤三、当施加的电压达到击穿阈值时时，金属发射极发生电晕放电现象；金属发射极电晕放电所产生的气体离子离开电离区后向环型接地端漂移，中性气体分子在高压金属发射极和环型接地端之间与气体分子动量交换从而产生离子风；
17、步骤四、在金属发射极和环型接地端之间离子风对金属发射极和环型接地端形成推力；
18、步骤五、在金属发射极的电离区域中，金属发射极尖处与离子之间的库仑排斥作用非常大，从而驱动小型螺旋桨旋转；
19、步骤六、小型螺旋桨转动产生推力，与离子风所产生的推力相结合，使得金属发射极和环型接地端之间所产生的推力大幅增加；
20、步骤七、当四个推进结构的离子风推力和螺旋桨推力大于无人机自身重量时，无人机开始起飞；
21、步骤八、飞行器控制模块开始监测无人机状态，并通过调节高压电源输出电压高低，改变离子风推力和螺旋桨推力大小，进而改变无人机飞行状态。
22、本发明的工作原理是：高压电源通电后，在螺旋桨表面金属发射极与环型接地端之间形成较强电场，空气流经金属发射极附近发生电离，产生的离子受到电场作用，由金属发射极向环形接地端运动，在该运动过程中通过碰撞与中性气体分子进行动量交换形成离子风，同时驱动螺旋转动产生轴向推力，离子风和螺旋桨共同为无人机提供升力。
23、本发明的有益效果为：
24、传统离子风装置推力面积比小，在小尺寸范围内无法作为动力源为无人机提供足够的升力。本发明将螺旋桨与离子风推力相结合，可以提升推力3～5倍，例如在输出电压为50kv，电极间距为3cm，环形接地端直径为10cm的情况下，每个离子风螺旋桨装置可为无人机提供140～260mn的轴向推力。同时该螺旋桨结构无需电机就能自行转动，由此降低了无人机噪声。
1.一种离子风螺旋桨无人机，包括机身框架，其特征在于：还包括高压电源、导线、飞行器控制模块和小型离子风螺旋桨，所述高压电源和飞行器控制模块均设置在机身框架上，所述机身框架四周设置有多个小型离子风螺旋桨，所述高压电源包括输出端与接地端，所述高压电源的输出端与接地端均通过导线与每个小型离子风螺旋桨连接，所述小型离子风螺旋桨通过高压电源施加的电压使得小型离子风螺旋桨产生离子风并驱动螺旋桨旋转，进而小型离子风螺旋桨的推力为离子风产生的推力和螺旋桨转动产生的推力之和。
2.根据权利要求1所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述小型离子风螺旋桨包括小型螺旋桨和环形接地端。
3.根据权利要求2所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述小型螺旋桨的机翼上设置有金属发射极，所述小型螺旋桨中心设置有滚动轴承，所述小型螺旋桨通过导线将滚动轴承与高压电源输出端连接，所述小型螺旋桨上表面覆盖一层绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述金属发射极为铜丝或锯齿形铜带，金属发射极由导电胶带与小型螺旋桨粘接。
5.根据权利要求2所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述环形接地端由树脂材料制成，呈环形结构，上表面镀有金属形成导电面，该导电面通过导线与高压电源接地端相连接。
6.根据权利要求1所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述高压电源包括锂电池和高压功率转换器两部分。
7.根据权利要求1所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述飞行器控制模块由接收器、控制器和传感器组成，所述接收器接收用户发出的指令，所述传感器采集数据计算后输出控制信号，所述控制器控制高压电源输出电压以控制无人机的姿态和动作。
8.根据权利要求1所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述机身框架包括主体框架和支撑脚架，所述主体框架内部中空，安装有飞行控制模块和高压电源，并为小型离子风螺旋桨提供支撑平台；所述支撑脚架，设置在主体框架下方。
9.根据权利要求1所述的一种离子风螺旋桨无人机，其特征在于：所述小型离子风螺旋桨的个数为不少于三个。
10.一种如权利要求1所述的离子风螺旋桨无人机的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
