分布式矢量推進系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空技術和機電控制技術領域，尤其涉及一種分布式矢量推進系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有固定翼飛行器不具有垂直起降能力，對起降場地比較依賴。傾轉旋翼機構雖 然兼具了垂直起降和平飛，但是同固定翼相似也對飛行品質要求較高，不能滿足復雜環(huán)境 下的機動飛行。新近流行的多旋翼飛行器，雖然有較好的垂直起降和懸停性能，但是由于機 構限制無法進行高效的巡航飛行，導致航程較短無法長距離執(zhí)行任務。而且航跡與姿態(tài)仍 然耦合，無法做出空間全自由度全姿態(tài)飛行，機動性還可提高。
[0003] 推力矢量技術能讓發(fā)動機推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面，從 而大大減少了雷達反射面積；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機都可利用這部分操縱力 進行操縱，這就增加了飛機的可操縱性。由于直接產(chǎn)生操縱力，并且量值和方向易變，也就 增加了飛機的敏捷性，因而可適當?shù)販p小或去掉垂尾，也能替代其他一些操縱面；這對降低 飛機的可探測性是有利的，也能使飛機的阻力減小。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種可以實現(xiàn)任意姿態(tài)起飛、降落及懸停的分布 式矢量推進系統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，本發(fā)明包括自由推力單元和飛行控 制器，自由推力單元包括第一伺服機構機架，第一伺服機構機架上設置有第一舵機，第一舵 機軸與第二伺服機構機架相連，第二伺服機構機架上設置有第二舵機，第二舵機軸與動力 涵道架相連，所述第二舵機軸與第一舵機軸垂直；所述飛行控制器控制第一舵機和第二舵 機的旋轉角度輸入，以及動力涵道的轉速。
[0006] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述飛行控制器的控制方法為。
[0007] 以自由推力單元所在載機的重心為原點建立笛卡爾直角坐標系，r為重心至涵道 的距離，1為對應點在平穩(wěn)時的長度，對應點是指：將載機所在的平面上的三個點"系"在 與載機所在的平面平行的另一上平面對應的三點上，對應點的連線垂直于此二平面，連線 為"連鎖"，"連鎖"為線彈性，滿足鄭玄一胡克定律，彈性系數(shù)為μ ;τ為載機的頂角度數(shù)。
[0008] 情況1 :在外界的擾動下，載機繞X軸發(fā)生角位移為函道需要發(fā)生dtp的角位 移，同時，涵道所需增加的力為：
[0009] 情況2 :在外界的擾動下，載機繞y軸發(fā)生角位移為δ λ，函道需要發(fā)生-δ λ的角 位移，同時，涵道所需增加的力為：F = yrsin τ *sin( δ λ)。
[0010] 情況3:在外界的擾動下，載機繞ζ軸發(fā)生較小角位移為δ e，函道所需做出的調 整為。
[0011] 繞X軸發(fā)生角位移α CN 105151292 A 說明書 2/9 頁
[0013] 繞y軸發(fā)生角位移β
[0015] 同時，涵道所需增加的力為
〇·
[0016] 側向懸停：設置將所述上平面繞y軸旋轉κ，保持載機與上平面平行，同時三個涵 道同時繞y軸旋轉。
[0017] 設置將所述上平面繞X軸旋轉ζ，保持載機與上平面平行，同時三個涵道同時繞X 軸旋轉。
[0018] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述自由推力單元為三個；其中一個自由推力單元 位于重心之后機身對稱軸上，與重心距離為L3 ;另外兩個對稱地分布在重心之前，到重心 的距離分別為LU L2 ;三自由推力單元的控制力分別為Fl、F2、F3,通過自由推力調節(jié)升力 焦點與重心重合，合控制力為F = F1+F2+F3、合控制力矩M = F1XL1+F2XL2+F3XL3。
[0019] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述飛行控制器通過電子調速器控制動力涵道的轉 速。
[0020] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述飛行控制器包括集成傳感器和飛控板，所述集 成傳感器包括慣性測量單元、GPS導航模塊和三軸磁力計模塊，慣性測量單元包括三軸角速 度測量部分和三軸加速度測量部分；所述飛行控制器測量三軸角速度，三軸加速度，配合方 向數(shù)據(jù)進行校正，測得載機的飛行姿態(tài)角度，運用余弦算法得出飛機飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0021] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述飛控板采用Atmegal280/2560芯片。
[0022] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述飛控板包括第一接收機、第二接收機、APMl芯 片、APM2芯片、Arithmetic單元、MffCl板、MWC2板和MWC3板，Arithmetic單元的信號輸 入端口分別與第二接收機的信號輸出端口、APM2芯片的信號輸出端口相連，第一接收機的 信號輸出端口與APMl芯片的信號輸入端口相連；Arithmetic單元的信號輸出端口分別與 APMl芯片的信號輸入端口、MffCl板的信號輸入端口、MWC2板的信號輸入端口、MWC3板的信 號輸入端口相連；MffCl板的信號輸出端口分別與其中一個自由推力單元的第一舵機控制 信號輸入端口、第二舵機控制信號輸入端口相連，MWC2板的信號輸出端口分別與另一自由 推力單元的第一舵機控制信號輸入端口、第二舵機控制信號輸入端口相連，MWC2板的信號 輸出端口分別與第三自由推力單元的第一舵機控制信號輸入端口、第二舵機控制信號輸入 端口相連；所述APM2芯片的信號輸入端口分別與光流傳感器的信號輸出端口、GPS傳感器 的信號輸出端口相連;APMl芯片的信號輸出端口分別與三個自由推力單元的動力涵道轉 速控制信號輸入端口相連。
[0023] 所述第一接收機接受地面控制器對載機發(fā)送的姿態(tài)數(shù)據(jù)，將姿態(tài)信號輸入APMl 芯片中進行解算，APMl芯片還接受經(jīng)過運算器處理后的油門信號，輸出三路油門信號分別 控制三個動力涵道的轉速大小；第二接收機接受地面控制器對載機發(fā)送的航跡控制信號， 將航跡控制信號輸入ARITHMETIC單元；APM2芯片采集光流傳感器以及GPS傳感器的信號 數(shù)據(jù)，向ARITHMETIC單元輸入四路控制信號1、2、3、Y(1);運算器將信號處理后轉換為七路 輸出信號 Pl (OUT)、Ρ2 (OUT)、Ρ3 (OUT)、Rl (OUT)、R2 (OUT)、R3 (OUT)、T 作為三塊 MffC 板的輸 入信號，三塊MffC控制板分別控制六個舵機的傾轉。
[0024] P信號復制三次得到PI、P2、P3三個信號。
[0025] R信號復制三次得到RU R2、R3三個信號。
[0026] 3信號與2信號疊加后降低信號強度為原來的二分之一再減去1信號得到PG信 號。
[0027] 3信號與2信號相消得倒RG信號。
[0028] Pl (OUT)為Pl信號與PG信號疊加后再跟Y與Y (1)信號相消。
[0029] P2 (OUT)為P2、Y、Y(I)、PG四組信號相互疊加后得到的。
[0030] Ρ3 (OUT)為Ρ3信號與PG信號相互疊加得到的。
[0031] Rl (OUT)為Rl信號與RG信號相互疊加獲得的。
[0032] R2 (OUT)為R2信號與RG信號相互疊加獲得的。
[0033] R3 (OUT)為R3信號與RG信號相互疊加獲得的。
[0034] 所述P-俯仰彳目號、R-滾轉?目號、T一油門彳目號、Y-偏航?目號、1、2、3-運算用f目 號、（out) -輸出信號。
[0035] 其次，本發(fā)明所述航跡控制信號包括前后、左右、機頭指向、油門信號，所述姿態(tài)數(shù) 據(jù)包括俯仰、滾轉數(shù)據(jù)。
[0036] 另外，本發(fā)明所述第一伺服機構機架包括橫框，橫框前端設置有向前上端彎曲的 前弧形邊框，橫框后部相應于前弧形邊框設置有向后上部彎曲的后弧形邊框，橫框的后端 設置有所述第一舵機，第一舵機軸平行于所述橫框并穿過所述后弧形邊框上部通孔；所述 第二伺服機構機架為多半圓形封邊框，第二伺服機構機架的下部輪廓與所述橫框與前弧形 邊框、后弧形邊框圍成的輪廓相對應；所述第二舵機設置在第二伺服機構機架上端，第二舵 機軸垂直向下與動力涵道架相連；所述第二伺服機構機架中部橫向一端與所述第一舵機軸 相連，第二伺服機構機架中部橫向另一端通過橫軸與前弧形邊框上部相連。
[0037] 本發(fā)明有益效果。
[0038] 本發(fā)明自由推力單元可自由調節(jié)推力大小和方向。
[0039] 本發(fā)明飛行控制器分別控制自由推力單元的第一、第二舵機的角度輸入，動力涵 道的轉速，以獲得全自由推力。
[0040] 本發(fā)明分布式多元矢量推進系統(tǒng)起飛不依賴場地條件，可以實現(xiàn)任意姿態(tài)起飛、 降落及懸停，特別適合城市復雜狹小地形與特殊環(huán)境起降，并可以以穩(wěn)定姿態(tài)執(zhí)行探索、監(jiān) 視及偵查任務。執(zhí)行任務時，分布式多元矢量推進系統(tǒng)可以實現(xiàn)任意飛行姿態(tài)平穩(wěn)飛行，姿 態(tài)調整快速靈活，并可以實現(xiàn)快速啟動及停車，因此其可以在城市狹小街道甚至建筑物內 部進行高效飛行，同時對于叢林、城鎮(zhèn)及廢墟等環(huán)境也能高效完成任務。
【附圖說明】
[0041] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明保護范圍不僅局限 于以下內容的表述。
[0042] 圖1是本發(fā)明結構示意圖。
[0043] 圖2是本發(fā)明自由推力單元正視圖。
[0044] 圖3是本發(fā)明自由推力單元立體圖。
[0045] 圖4是本發(fā)明電路原理圖。
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