差分直驅(qū)全動(dòng)三舵面無(wú)人機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于航空飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種采用差動(dòng)、分動(dòng)算法及由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)三個(gè)舵面來(lái)控制飛行器三軸飛行姿態(tài)的無(wú)人機(jī)。同時(shí)方向控制采用對(duì)三個(gè)舵面分別控制，由三個(gè)舵面旋轉(zhuǎn)角度的不同組合完成對(duì)飛機(jī)姿態(tài)的三軸控制，三個(gè)舵面由機(jī)翼兩端的兩個(gè)全動(dòng)式差分控制舵面和尾部的全動(dòng)式尾舵組成。本發(fā)明的無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)包括載荷艙、控制器艙、燃料艙、發(fā)動(dòng)機(jī)、推槳螺旋槳、翼身融合體機(jī)翼，葉尖差、分控制舵面，水平全動(dòng)式尾舵，固定垂尾，固定式起落架。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損的活動(dòng)部件少，確保了復(fù)雜環(huán)境中更高的可靠性和生存能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
差分直驅(qū)全動(dòng)三舵面無(wú)人機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于航空飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種采用差動(dòng)、分動(dòng)算法及由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)三個(gè)舵面來(lái)控制飛行器三軸飛行姿態(tài)的無(wú)人機(jī)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]無(wú)人機(jī)即無(wú)人駕駛飛機(jī)，采用遙控或自主程序駕駛的方式飛行。目前，由于無(wú)人飛機(jī)體積小、造價(jià)低且無(wú)人員損傷風(fēng)險(xiǎn)，因此采用無(wú)人飛機(jī)平臺(tái)來(lái)代替有人飛機(jī)執(zhí)行一些偵查、測(cè)繪、通訊等軍事、民用任務(wù)的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。美國(guó)、以色列在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
[0004]現(xiàn)今無(wú)人機(jī)的三軸姿態(tài)控制主要是通過(guò)兩個(gè)付翼及方向舵、水平舵完成。一般不低于5個(gè)舵面(“V”型尾翼不少于4個(gè))，結(jié)構(gòu)復(fù)雜可靠性不高，耗電量較大。而本發(fā)明采用差、分雙動(dòng)算法控制的直驅(qū)全動(dòng)三舵面方式可在只有三個(gè)舵面情況下對(duì)風(fēng)機(jī)縱橫、俯仰、方向三軸完成姿態(tài)調(diào)整。這是一種迄今舵面最少的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是可以有效簡(jiǎn)化飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可靠性，并且大大提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能，做一些其他飛機(jī)無(wú)法完成的高難度動(dòng)作，這對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)差、分雙動(dòng)算法控制三個(gè)執(zhí)行電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的全動(dòng)付翼、水平尾翼，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在最少可控舵面下完成轉(zhuǎn)向、橫滾、升降、剎車(chē)等動(dòng)作控制，這樣的無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損的活動(dòng)部件少，確保了復(fù)雜環(huán)境中更高的可靠性和生存能力。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的無(wú)人機(jī)由三個(gè)執(zhí)行電機(jī)直接單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的三個(gè)全動(dòng)式舵面完成對(duì)飛機(jī)姿態(tài)的控制，同時(shí)方向控制采用對(duì)三個(gè)舵面分別控制，由三個(gè)舵面旋轉(zhuǎn)角度的不同組合完成對(duì)飛機(jī)姿態(tài)的三軸控制，三個(gè)舵面由機(jī)翼兩端的兩個(gè)全動(dòng)式差分控制舵面和尾部的全動(dòng)式尾舵組成。由于采用翼身融合體和S翼型不但可獲得很高的升力，還確保了飛機(jī)的俯仰安定性。全動(dòng)式舵面在無(wú)人機(jī)降落過(guò)程中一旦觸地，通過(guò)控制算法驅(qū)動(dòng)三個(gè)舵面在0.2s內(nèi)同時(shí)翻轉(zhuǎn)90°，形成三個(gè)最有效的剎車(chē)阻力板，大大降低飛機(jī)降落時(shí)的滑跑距離。同時(shí)，在高空飛行過(guò)程中通過(guò)上述控制方式實(shí)現(xiàn)可控高速下墜，這個(gè)特殊飛行動(dòng)作可有效增強(qiáng)在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下規(guī)避地面、空中攻擊的能力，提高無(wú)人機(jī)自身生存能力。通過(guò)兩個(gè)差分控制舵面的分別單獨(dú)控制，調(diào)節(jié)舵面角度形成不同組合，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的方向調(diào)整和剎車(chē)，差動(dòng)控制時(shí)完成橫滾動(dòng)作的控制。
[0007]本發(fā)明的無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)包括載荷艙、控制器艙、燃料艙、發(fā)動(dòng)機(jī)、推槳螺旋槳、翼身融合體機(jī)翼，葉尖差、分控制舵面，水平全動(dòng)式尾舵，固定垂尾，固定式起落架。
[0008]飛機(jī)機(jī)體安放各種艙室，載荷艙設(shè)置在飛機(jī)頭部，可有效搭載攝像、通訊、探測(cè)器等設(shè)備。載荷艙后飛機(jī)中部是控制器艙，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行無(wú)線遙控、自主飛行控制的電子控制設(shè)備安設(shè)于此。控制器艙后是燃料艙，置于整體重心位置，避免因油料消耗對(duì)飛行姿態(tài)產(chǎn)生不良影響。本無(wú)人機(jī)采用后推式螺旋槳，水平尾翼置于螺旋槳洗流中具有最高的氣動(dòng)效率。整機(jī)采用翼身融合體設(shè)計(jì)，機(jī)身下部是一個(gè)光滑的整體升力面，使整機(jī)具有最高的升力系數(shù)。整機(jī)采用三個(gè)全動(dòng)式舵面，通過(guò)差動(dòng)、分動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)向、橫滾，這是此發(fā)明的核心。
【附圖說(shuō)明】
[0009]附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]其中:1.載荷艙、2.機(jī)頭整流罩、3.翼身融合體機(jī)翼、4.差分控制舵面、5.水平全動(dòng)式尾舵、6.發(fā)動(dòng)機(jī)艙、7.推力螺旋槳、8.控制器和燃油艙、9.垂直固定尾翼、10.前后起落架。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如附圖所示:
無(wú)人機(jī)載荷艙I設(shè)置在機(jī)頭整流罩2后部，飛機(jī)整體的中前部?？刂破骱腿加团?在載荷艙I后，飛機(jī)整體重心的位置。發(fā)動(dòng)機(jī)艙6設(shè)置在飛機(jī)機(jī)體后部，連接有推力螺旋槳7。翼身融合體機(jī)翼3設(shè)置在飛機(jī)兩側(cè)，翼身融合體機(jī)翼3兩端設(shè)置有差分控制舵面4。水平全動(dòng)式尾舵5設(shè)置在飛機(jī)整體最后部，通過(guò)垂直固定尾翼9與翼身融合體機(jī)翼3相連。翼身融合體機(jī)翼3下部及機(jī)腹設(shè)置有飛機(jī)前后起落架10。
[0012]
翼展2.6m
全高0.8m 發(fā)動(dòng)機(jī)排量28ml
自重8.6kg
起飛重量15kg
續(xù)航時(shí)間I小時(shí)
升限1000mGPS自主飛行半徑 30km。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.差分直驅(qū)全動(dòng)三舵面無(wú)人機(jī)，其特征是:采用三個(gè)全動(dòng)式舵面，通過(guò)差動(dòng)、分動(dòng)控制，即由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)三個(gè)舵面來(lái)控制飛行器三軸飛行姿態(tài)，具體結(jié)構(gòu):無(wú)人機(jī)載荷艙(I)設(shè)置在機(jī)頭整流罩(2)后部，飛機(jī)整體的中前部，控制器和燃油艙(8)在載荷艙(I)后，飛機(jī)整體重心的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)艙(6)設(shè)置在飛機(jī)機(jī)體后部，連接有推力螺旋槳(7)，翼身融合體機(jī)翼(3)設(shè)置在飛機(jī)兩側(cè)，翼身融合體機(jī)翼(3)兩端設(shè)置有差分控制舵面(4)，水平全動(dòng)式尾舵(5)設(shè)置在飛機(jī)整體最后部，通過(guò)垂直固定尾翼(9)與翼身融合體機(jī)翼(3)相連，翼身融合體機(jī)翼(3)下部及機(jī)腹設(shè)置有飛機(jī)前后起落架(10)。
【文檔編號(hào)】B64C9/00GK106005371SQ201610359060
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】朱挽強(qiáng), 陳健梅, 董永軍, 李洪偉, 張蕭, 吳百公, 韓利坤
【申請(qǐng)人】東北師范大學(xué)