CN100391791C - 无人驾驶直升机操纵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人驾驶直升机操纵系统，包括旋翼操纵机构、航向操纵机构和油门操纵机构。旋翼操纵机构通过三套变距舵机的选择性动作驱动自动倾斜器升降或倾斜，带动拉杆组件控制旋翼的飞行姿态。航向操纵机构通过航向舵机驱动推拉钢索，带动尾桨变距机构改变尾桨距角，实现对航向的控制。油门操纵机构通过油门舵机驱动油门钢索控制发动机油门的开启度，实现对发动机的控制。本发明中的自动倾斜器设计新颖，结构简单，便于安装和维护。舵机体积小、重量轻、精度高。三套变距舵机直接安装在自动倾斜器的正下方，以实现直升机的总距和纵横向操纵，布局合理，操纵耦合效应小，且安装紧凑，靠近重心，便于调整。

Description

无人驾驶直升机操纵系统

技术领域

本发明涉及一种飞行工具的操纵机构，尤其涉及一种无人驾驶直升机操纵系统。

背景技术

直升机自诞生之日起，就显示出巨大的优越性。它可以垂直起降、空中悬停、随处着陆，具有灵活、机动、方便、迅速的特点，可以用于抢险、防火、运动、航拍、物探、商务、巡逻、监控、侦察等，在军事上可用于空对空的攻击和空对地、空对海的攻击，受到各国政府的重视。长期以来，直升机都是有人驾驶的直升机，而且有人直升机经过近半个世纪的实践和改进，技术已非常成熟。但是随着直升机应用领域的越来越宽，许多危险领域的工作如使用有人直升机去作，往往会付出生命的代价，而生命是宝贵的，于是人们开始研制无人驾驶直升机。我国对无人驾驶直升机的研制工作还刚刚起步，开发具有独立知识产权的无人驾驶直升机是摆在我国科技人员面前的神圣使命。

无人驾驶直升机由飞控计算机代替人脑的判断和人体的感觉，通过地面测控装置、数据电台、舵机、信号转换器、发动机控制机构和各类传感器等组成机构，来预设、理解、判断各类指令和周围环境的变化，作出正确的反馈信号，带动操作机构，产生动作，完成直升机升降、前后飞、转弯、悬停等复杂的飞行动作，按制定的航线飞行。因此无人驾驶直升机操纵系统不同于普通有人直升机的操纵机构，它必须设置多个由飞控计算机控制的舵机，分别控制旋翼、尾桨和发动机，协调实现直升机的各种飞行动作。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种结构简单、维护方便、成本低廉的无人驾驶直升机操纵系统。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种无人驾驶直升机操纵系统，根据直升机上飞控计算机的指令进行操纵，包括旋翼操纵机构、航向操纵机构和油门操纵机构。

所述的旋翼操纵机构包括自动倾斜器、三套变距舵机和拉杆组件；自动倾斜器安装在直升机主轴的下方，三套变距舵机分别和自动倾斜器相连安装在自动倾斜器的周边下方，拉杆组件的一端与自动倾斜器相连，另一端和直升机的旋翼相连，旋翼操纵机构通过三套变距舵机的协调动作驱动自动倾斜器升降或倾斜，带动拉杆组件控制旋翼的飞行姿态。

所述的航向操纵机构包括航向舵机、推拉钢索和摇臂，航向舵机安装在直升机的设备舱内，航向操纵机构通过航向舵机驱动推拉钢索，推拉钢索带动摇臂，驱动尾桨变距机构改变尾桨距角，实现对航向的控制。

所述的油门操纵机构包括油门舵机和油门钢索，油门操纵机构通过油门舵机驱动油门钢索控制发动机油门的开启度，实现对发动机的控制。

所述的自动倾斜器包括动环和套装在动环外的不动环，在不动环周边上方伸出三个操纵节点，三个操纵节点按相隔90度设置，其中位于同一直径线上的两节点为横向操纵节点，位于两横向操纵节点之间的节点为纵向操纵节点。

所述的变距舵机、航向舵机和油门舵机结构相同，各包括机座和安装在机座上的直流电机、减速齿轮箱、丝杠和反馈电位器，丝杠和减速齿轮箱传动相连可作直线运动，丝杠的一端与相应的连接机构传动相连，反馈电位器与直流电机电信号相连。

所述的三套变距舵机分别通过其丝杠与自动倾斜器的三个操纵节点相连安装在自动倾斜器的三个操纵节点下方。

所述的旋翼操纵机构通过三套舵机的同时上下运动形成总距操纵，实现对直升机的高度控制。

所述的旋翼操纵机构通过其与纵向操纵节点相连的舵机的上下运动，实现对直升机的纵向操纵。

所述的旋翼操纵机构通过其与横向操纵节点相连的两套舵机的相对运动，实现对直升机的横向操纵。

所述的拉杆组件包括二根长拉杆和与旋翼相连的伞形传动摇臂，二根长拉杆穿过主轴，其下端分别与自动倾斜器相连，上端分别与伞形传动摇臂相连。

本发明的无人驾驶直升机操纵系统由于采用了以上技术方案，使其具有以下明显的优点和特点：

1、自动倾斜器设计新颖，结构简单，便于安装和维护。其零件数量仅为常规直升机自动倾斜器的三分之一，且用普通轴承代替了高精度、大尺寸的滚动轴承，重量轻、成本低。

2、由于自动倾斜器直接安装在直升机主轴下方，三套变距舵机直接安装在自动倾斜器的正下方，舵机的丝杠与自动倾斜器的三个操纵节点相连，使纵向操纵和横向操纵相互独立，因而操纵耦合效应小，简化了操纵线系。

3、减少了舵机种类。常见无人直升机由总距舵机操纵总距，纵向和横向舵机分别操纵纵向和横向操纵机构，需研制两种类型的舵机。而本发明中的三套变距舵机结构相同，可通过不同的运动组合来完成总距和纵横向的操纵。

4、舵机的安装紧凑、靠近重心，便于调整重心。

5、总距、油门协调。通过飞控计算机控制协调总距-油门关系，使直升机需用功率和发动机的输出功率相匹配，准确可靠，且设备重量轻。

附图说明

图1是本发明中的旋翼操纵机构的总距操纵示意图；

图2是本发明中的旋翼操纵机构的纵横向操纵示意图；

图3是本发明中的自动倾斜器的结构示意图；

图4是图2所示自动倾斜器的俯视图；

图5是本发明中的舵机的结构示意图。

具体实施方式

本发明中的旋翼操纵机构、航向操纵机构和油门操纵机构均在直升机的飞行控制机构的控制下实施操纵。当无人直升机要改变飞行姿态时，飞行控制机构向各操纵机构的舵机发出信号，使舵机丝杠产生直线位移，驱动操纵线系，改变旋翼或尾桨的安装角，从而改变桨盘升力的大小和方向，完成飞行姿态的改变；同时改变油门开启度，使之与总距匹配。

具体地说，当需要改变飞行高度时，其总距操纵情况如图1所示。图中，实线代表动作前的位置，虚线代表动作后的位置。当飞行控制机构向旋翼操纵机构中的三套变距舵机1发出改变总距的信号后，三套舵机同时作上下运动，由此带动自动倾斜器2作上下运动，进而使与自动倾斜器相连的二根长拉杆31同时作上下运动，带动伞形传动摇臂32牵引旋翼4改变总距，完成直升机的高度控制。图中5为主轴，二根长拉杆31从主轴中穿过。

当需要实施横向操纵时，其横向操纵情况如图2所示。图中，实线代表动作前的位置，虚线代表动作后的位置。当飞行控制机构向旋翼操纵机构中与自动倾斜器2的两横向操纵节点相连的两套变距舵机11、13发出横向操纵的信号后，两舵机作一上一下的相对运动，由此带动自动倾斜器2横向倾斜，进而使与自动倾斜器相连的二根长拉杆31作错位运动，带动伞形传动摇臂32牵引旋翼4改变角度，完成直升机的横向操纵。

当需要实施前后操纵时，其纵向操纵情况与图2类似。飞行控制机构向旋翼操纵机构中与自动倾斜器2的纵向操纵节点相连的一套变距舵机发出信号，使该舵机作上下运动，由此带动自动倾斜器2纵向倾斜，进而使与自动倾斜器相连的二根长拉杆31作错位运动，带动伞形传动摇臂32牵引旋翼4改变角度，完成直升机的前后操纵。

当需要改变航向时，飞行控制机构向航向操纵机构中的航向舵机发出信号，使航向舵机驱动推拉钢索，带动尾桨变距机构改变尾桨距角，实现对航向的控制。

当需要改变发动机的输出功率时，飞行控制机构向油门操纵机构中的油门舵机发出信号，使油门舵机驱动油门钢索控制发动机油门的开启度，实现对发动机的控制。

在实际飞行操纵中，各操纵机构对总距和油门的控制是协调进行的。这一协调关系是通过试车测出总距和油门的关系，经数学拟合，并通过系留试车修正，确定总距和油门关系的数学表达式，将此表达式输入飞控计算机，飞控计算机在操纵总距舵机的同时操纵油门舵机，使直升机的需用功率和发动机的输出功率相匹配。

请参见图3、图4，本发明中的自动倾斜器包括动环21和套装在动环外的不动环22，在不动环周边上方伸出三个操纵节点221、222、223，三个操纵节点按相隔90度设置，每个操纵节点下方连接一套变距舵机。其中位于同一直径线上的两节点221、223为横向操纵节点，位于两横向操纵节点之间的节点222为纵向操纵节点。

请参见图5，本发明中的变距舵机、航向舵机和油门舵机结构相同，各包括机座和安装在机座上的直流电机11、减速齿轮箱12、丝杠13和反馈电位器14，丝杠13和减速齿轮箱12传动相连可作直线运动，丝杠的一端与相应的连接机构传动相连，反馈电位器用于接收飞控计算机的指令并与直流电机电信号相连。

Claims (8)

1.一种无人驾驶直升机操纵系统，根据直升机上飞控计算机的指令进行操纵，包括旋翼操纵机构、航向操纵机构和油门操纵机构，其特征在于：

所述的旋翼操纵机构包括自动倾斜器、三套变距舵机和拉杆组件；自动倾斜器安装在直升机主轴的下方，三套变距舵机分别和自动倾斜器相连安装在自动倾斜器的周边下方，拉杆组件的一端与自动倾斜器相连，另一端和直升机的旋翼相连，旋翼操纵机构通过三套变距舵机的协调动作驱动自动倾斜器升降或倾斜，带动拉杆组件控制旋翼的飞行姿态；

所述的航向操纵机构包括航向舵机、推拉钢索和摇臂，航向舵机安装在直升机的设备舱内，航向操纵机构通过航向舵机驱动推拉钢索，推拉钢索带动摇臂，驱动尾桨变距机构改变尾桨距角，实现对航向的控制；

所述的油门操纵机构包括油门舵机和油门钢索，油门操纵机构通过油门舵机驱动油门钢索控制发动机油门的开启度，实现对发动机的控制。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的自动倾斜器包括动环和套装在动环外的不动环，在不动环周边上方伸出三个操纵节点，三个操纵节点按相隔90度设置，其中位于同一直径线上的两节点为横向操纵节点，位于两横向操纵节点之间的节点为纵向操纵节点。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的变距舵机、航向舵机和油门舵机结构相同，各包括机座和安装在机座上的直流电机、减速齿轮箱、丝杠和反馈电位器，丝杠和减速齿轮箱传动相连可作直线运动，丝杠的一端与相应的连接机构传动相连，反馈电位器与直流电机电信号相连。

4.根据权利要求1或2所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的三套变距舵机分别通过其丝杠与自动倾斜器的三个操纵节点相连安装在自动倾斜器的三个操纵节点下方。

5.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的旋翼操纵机构通过三套舵机的同时上下运动形成总距操纵，实现对直升机的高度控制。

6.根据权利要求1或2所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的旋翼操纵机构通过其与纵向操纵节点相连的舵机的上下运动，实现对直升机的纵向操纵。

7.根据权利要求1或2所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的旋翼操纵机构通过其与横向操纵节点相连的两套舵机的相对运动，实现对直升机的横向操纵。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机操纵系统，其特征在于：所述的拉杆组件包括二根长拉杆和与旋翼相连的伞形传动摇臂，二根长拉杆穿过主轴，其下端分别与自动倾斜器相连，上端分别与伞形传动摇臂相连。

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