本發(fā)明涉及垂直起降無人機(jī)，具體為垂直起降無人機(jī)矢量拉力裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

可垂直起降固定翼無人機(jī)既擁有傳統(tǒng)固定翼無人機(jī)的航時(shí)長、任務(wù)載荷大、功效高等優(yōu)點(diǎn)，又兼具傳統(tǒng)旋翼無人機(jī)可垂直起降、可懸停、對起降場地要求低等優(yōu)勢。

尾坐式垂直起降無人機(jī)是一種較常見的垂直起降無人機(jī)，該無人機(jī)采用尾坐式停放，垂直起飛，到達(dá)預(yù)定高度后由垂直姿態(tài)逐漸傾斜，最終到達(dá)平飛姿態(tài)。降落時(shí)，首先進(jìn)行大仰角爬升,在姿態(tài)接近于垂直狀態(tài)時(shí)減少發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，無人機(jī)緩慢下降直至落地。當(dāng)垂直起降無人機(jī)處于垂直姿態(tài)時(shí)迎風(fēng)面積比較大，在接近地面時(shí)空氣會(huì)產(chǎn)生地面效應(yīng)，舵面控制減弱或失效，當(dāng)陣風(fēng)吹來無人機(jī)很容易傾倒顛覆，很難完成垂直降落的目的。目前解決的辦法是：在降落的過程中使無人機(jī)保持小于90^。仰角，減小迎風(fēng)面積，完成短距滑翔降落。該方法需要無人機(jī)進(jìn)行一段短距滑翔，未到達(dá)垂直降落的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于避免無人機(jī)垂直降落時(shí)傾倒顛覆的矢量拉力裝置，同時(shí)提供一種使用此種裝置實(shí)現(xiàn)的矢量拉力控制方法。技術(shù)方案如下：

一種矢量拉力裝置，用于垂直起降無人機(jī)，所述的垂直起降無人機(jī)包括機(jī)體1，副翼2和垂尾3，其特征在于，所述的矢量拉力裝置包括擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51,固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53,支座連接光軸56,法蘭軸承57,控制舵機(jī)54,球頭連接光軸55,球頭拉桿52,第一球頭59和第二球頭58，其中，

固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53用于將發(fā)動(dòng)機(jī)4固定在機(jī)體1上，控制舵機(jī)54固定在固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53上；在固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53上通過法蘭軸承57連接有支座連接光軸56，擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51設(shè)置在支座連接光軸56上，能夠繞支座連接光軸56轉(zhuǎn)動(dòng)；

在擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定有第一球頭59，在控制舵機(jī)54的舵機(jī)搖臂上固定有第二球頭58，兩個(gè)球頭通過球頭拉桿52剛性連接。

本發(fā)明同時(shí)提供一種采用所述的矢量拉力裝置實(shí)現(xiàn)的垂直起降無人機(jī)矢量拉力控制方法，在垂直起降無人機(jī)的兩個(gè)機(jī)體機(jī)翼前緣各固定一套矢量拉力裝置，兩套矢量拉力裝置相對于機(jī)身對稱布置，安裝方向與機(jī)頭方向一致，在起飛時(shí)矢量拉力裝置固定姿態(tài)，保證無人機(jī)擁有一個(gè)垂直向上的拉力垂直上升；在降落過程中，矢量拉力裝置產(chǎn)生一個(gè)矢量角，使無人機(jī)的拉力抵消地面效應(yīng)和陣風(fēng)對無人機(jī)姿態(tài)的影響?？刂品绞饺缦拢?/p>

1)起飛時(shí)，矢量拉力裝置進(jìn)入固定模式，擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座保持水平，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直拉力使無人機(jī)快速垂直上升。

2)無人機(jī)達(dá)到預(yù)定高度后，無人機(jī)通過副翼產(chǎn)生的舵效控制，由垂直姿態(tài)轉(zhuǎn)變到水平姿態(tài)，矢量拉力裝置轉(zhuǎn)換到差動(dòng)模式，當(dāng)調(diào)控?zé)o人機(jī)姿態(tài)的副翼失效或者超出設(shè)定閾值時(shí)，啟用矢量拉力裝置，輔助副翼對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3)無人機(jī)由飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)到備降姿態(tài)過程中，矢量拉力裝置設(shè)定為同步模式，此時(shí)無人機(jī)上的兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座同步同向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向使無人機(jī)姿態(tài)改變的效果與調(diào)節(jié)副翼產(chǎn)生使無人機(jī)姿態(tài)改變的效果相同，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)變姿態(tài)的作用。

4)無人機(jī)垂直降落過程中，矢量拉力裝置進(jìn)入混合模式，該模式下，無人機(jī)上的兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座混合轉(zhuǎn)動(dòng)：當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機(jī)的俯仰角度時(shí)，兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座同向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)角度時(shí)，兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

垂直起降無人機(jī)上應(yīng)用矢量拉力裝置可以增加無人機(jī)的機(jī)動(dòng)特性和穩(wěn)定特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直起降無人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述矢量拉力裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖3是本發(fā)明所述矢量拉力裝置主視刨面圖。

圖4是本發(fā)明所述矢量拉力裝置擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座擺動(dòng)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1-4所示，垂直起降無人機(jī)矢量拉力裝置，所述垂直起降無人機(jī)設(shè)有包括機(jī)體1，副翼2，垂尾3，發(fā)動(dòng)機(jī)4，矢量拉力裝置5。所述垂直起降無人機(jī)矢量拉力裝置包括擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51,球頭拉桿52,固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53,，控制舵機(jī)54,球頭連接光軸55,支座連接光軸56,法蘭軸承57,球頭58。

參見圖1-4，固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53通過機(jī)械的連接固定在機(jī)體1的機(jī)翼前緣上，控制舵機(jī)54通過四顆螺絲固定在固定式的發(fā)動(dòng)機(jī)座53上，發(fā)動(dòng)機(jī)4通過螺栓固定在擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51上,擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51通過支座連接光軸56和法蘭軸承57與固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53相連，使擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51可以在固定式的發(fā)動(dòng)機(jī)座53繞支座連接光軸56轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定好一個(gè)球頭59，再在控制舵機(jī)54的舵機(jī)搖臂上固定一個(gè)球頭58，在確定好球頭拉桿52的長度后，用球頭拉桿52連接已經(jīng)固定好的兩個(gè)球頭，使舵機(jī)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51也可以隨之?dāng)[動(dòng)。

裝有矢量拉力裝置的垂直起降無人機(jī)的控制方法采用對矢量拉力裝置的矢量控制配合副翼2產(chǎn)生的舵效來對垂直起降無人機(jī)進(jìn)行垂直起降過程和飛行過程的控制，從而使垂直起降無人機(jī)可以更加的平穩(wěn)的起降，提高飛機(jī)的安全性，靈活性，穩(wěn)定性等。

圖1中垂尾3在使飛機(jī)在左右(偏航)方向具有一定的靜穩(wěn)定性的同時(shí)也起到起落架的作用。

垂直起降無人機(jī)矢量拉力裝置控制方法的具體實(shí)施步驟如下：

1)起飛時(shí)，矢量拉力裝置5進(jìn)入固定模式，擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)支座51保持水平，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直拉力使無人機(jī)快速垂直上升。

2)無人機(jī)達(dá)到預(yù)定高度后，無人機(jī)通過副翼2產(chǎn)生的舵效控制由垂直姿態(tài)轉(zhuǎn)變到水平姿態(tài)，矢量拉力裝置5轉(zhuǎn)換到差動(dòng)模式。當(dāng)調(diào)控?zé)o人機(jī)姿態(tài)的副翼2失效或者超出設(shè)定閾值時(shí)，啟用矢量拉力裝置5，輔助副翼2對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3)無人機(jī)由飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)到備降姿態(tài)過程中，矢量拉力裝置5設(shè)定為同步模式。此時(shí)無人機(jī)上的兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)支座51同步同向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向使無人機(jī)姿態(tài)改變的效果與調(diào)節(jié)副翼2產(chǎn)生使無人機(jī)姿態(tài)改變的效果相同，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)變姿態(tài)的作用。

4)無人機(jī)垂直降落過程中，對矢量拉力裝置5的控制進(jìn)入混合模式。該模式下，無人機(jī)上的兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座混合轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機(jī)的俯仰角度時(shí)，兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座同向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)角度時(shí)，兩個(gè)矢量拉力裝置的擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種矢量拉力裝置，包括擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51,固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53,支座連接光軸56,法蘭軸承57,控制舵機(jī)54,球頭連接光軸55,球頭拉桿52,第一球頭59和第二球頭58，控制舵機(jī)54固定在固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53上；在固定式發(fā)動(dòng)機(jī)座53上通過法蘭軸承57連接有支座連接光軸56，擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51設(shè)置在支座連接光軸56上；在擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定有第一球頭59，在控制舵機(jī)54的舵機(jī)搖臂上固定有第二球頭58，兩個(gè)球頭通過球頭拉桿52剛性連接。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用所述的矢量拉力裝置實(shí)現(xiàn)的垂直起降無人機(jī)矢量拉力控制方法。

技術(shù)研發(fā)人員：段萍;高雪;丁承君;尹李亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué);泰華宏業(yè)（天津）機(jī)器人技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.12.09
技術(shù)公布日：2017.07.07