CN103217132B - 无人动力三角翼操纵位移测量装置及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人动力三角翼操纵位移测量装置及其标定方法，所述无人动力三角翼操纵位移测量装置(1)包括马鞍形件(11)、套筒(12)、安装平板(13)、滚转位移编码器(14)、俯仰位移编码器(15)、内夹板(16)、外夹板(17)、龙骨齿轮(111)和小齿轮(112)。本发明可以在不影响原有操纵力结构的基础上，增加新的测量装置，不会改变原有的飞机力学传导路线，不会影响飞行安全，并可以对飞行的不同阶段操纵位移进行过实时测量，完成实时数据的高速率采集。

Description

无人动力三角翼操纵位移测量装置及其标定方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及操纵位移的测量装置及其标定方法，特别涉及无人动力三角翼的俯仰滚转操纵位移的测量装置及其标定方法。

背景技术

动力三角翼是一种带有动力的具有良好滑翔性能的轻型飞行器，它的主要特点：造价低廉，结构简单，可快速拆装折叠进行车载、船载和航空运输；超低空飞行性能好；起降距离短，安全可靠，操作简单易学。可以在草地、简易机场、公路起降，广泛应用于旅游、运输、石油化学管道勘察、农用灭虫、森林防火预警、航空拍摄、飞行训练、抢险救灾、警察巡逻、禁伐(渔、猎)等禁区检查、空中指挥、环境监控、特种作战、边远地区的反恐、缉毒查私和通信中继紧急求援等任务。还可满足渔业、农场业、养蜂业、地质勘察业、科学考察业和体育运动等行业的需求。

动力三角翼载荷较大，一般可以达到250公斤。因此将动力三角翼改装为无人机，将形成大约200公斤的载荷能力(除去无人化改装本身增加的设备重量50公斤左右)。无人动力三角翼的这种载荷能力与传统气动布局无人机相比，将具备有明显的优势，因为相同翼展的无人机载荷能力较低，造价却高达数百万。因此无人动力三角翼将具有显著的经济效益和实用价值。

但是无人动力三角翼设计的前提是将现有的有人动力三角翼的操纵装置，改为无人操纵的电动装置。为了对无人动力三角翼进行自主控制，需要对无人动力三角翼的模型进行建模，因此需要在飞行的不同阶段(滑跑、爬升、平飞、转弯、下降、刹车)进行操纵位移测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种无人动力三角翼的操纵位移测量装置及其标定方法，以实现无人动力三角翼在不同的飞行阶段(滑跑、爬升、平飞、转弯、下降、刹车)对操纵位移的测量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种无人动力三角翼操纵位移测量装置，所述无人动力三角翼包括龙骨、机体骨架、机翼、主操纵杆和后机体骨架，所述龙骨位于所述机翼的中部且与该机翼固联，所述无人动力三角翼操纵位移测量装置包括马鞍形件、套筒、安装平板、滚转位移编码器、俯仰位移编码器、内夹板、外夹板、龙骨齿轮和小齿轮，所述马鞍形件呈马鞍形，包括位于中部的主体和位于主体下部的左下边块和右下边块，所述主体是一个下凹形板状构件，所述左下边块和右下边块上各开有一个俯仰轴孔，所述两个俯仰轴孔共轴且孔径相同；所述套筒是一个中空的圆筒，用于穿过所述龙骨，其外表面与所述马鞍形件的主体的下凹部分完全贴合；所述安装平板是板状构件，其内部具有一个大圆孔和一个小圆孔，大圆孔用于与所述套筒连接，小圆孔用于与所述滚转位移编码器连接；所述滚转位移编码器与小齿轮通过所述小圆孔以滚转编码器中心线为中心轴同心安装，所述龙骨齿轮与小齿轮啮合；所述俯仰位移编码器、内夹板、外夹板通过所述左下边块上的俯仰轴孔并以俯仰编码器中心线为中心轴同心安装。

根据本发明的一种具体实施方式，所述套筒由尼龙材料制成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述龙骨穿过所述套筒，与所述套筒的内表面光滑贴合安装，并且所述龙骨与所述龙骨齿轮固定连接，所述俯仰位移编码器与所述机体骨架固定连接。

本发明还提出一种无人动力三角翼操纵位移测量装置的标定方法，用于标定如前所述的无人动力三角翼操纵位移测量装置的滚转操纵位移测量，包括如下步骤：将所述滚转位移编码器输出的滚转位移测量数据脉冲转换为小齿轮的滚转角度；将小齿轮滚转角度乘以所述龙骨齿轮与小齿轮之间的减速比，得到机翼的滚转位移。

本发明还提出一种无人动力三角翼操纵位移测量装置的标定方法，用于标定如前述的无人动力三角翼操纵位移测量装置的滚转操纵位移测量，其特征在于，包括如下步骤：将所述俯仰位移编码器输出的俯仰位移测量数据脉冲直接转换为机翼俯仰位移。

(三)有益效果

本发明在不影响无人动力三角翼原有的操纵力结构的基础上增加新的测量装置，不会改变原有的飞机力学传导路线，不会影响飞行安全。

本发明可以在无人动力三角翼不同的飞行阶段(滑跑、爬升、平飞、转弯、下降、刹车)对操纵位移进行过实时测量，完成实时数据的高速率采集。

附图说明

图1是本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置的结构示意图；

图2是本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置的安装位置的示意图；

图3A是本发明的滚转操纵位移测量标定方法流程图；

图3B是本发明的俯仰操纵位移测量标定方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置的安装位置的示意图。如图1所示，无人动力三角翼包括龙骨101、机体骨架102、机翼103、主操纵杆104、底座小车105、后机体骨架106、发动机107。龙骨101位于机翼103的中部，且与机翼103固联，作为机翼俯仰方向的主承力机构。机翼103位于无人动力三角翼的上部；机体骨架102和后机体骨架106作为中间连接机构，位于无人动力三角翼的中部；底座小车105位于无人动力三角翼的最下部。龙骨101的中心轴称为龙骨中心线。

图2是本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置的结构示意图。如图1所示，无人动力三角翼操纵位移测量装置1包括：马鞍形件11、套筒12、安装平板13、滚转位移编码器14、俯仰位移编码器15、内夹板16、外夹板17、龙骨齿轮111、小齿轮112。

图2中113为龙骨中心线、114为滚转编码器中心线、115为俯仰编码器中心线。

马鞍形件11呈马鞍形，包括位于中部的主体和位于主体下部的两个边块116、117，分别称为左下边块116、右下边块117(左、右均为纸面的左右方向)，左下边块116和右下边块117上各开有一个俯仰轴孔18，两个俯仰轴孔共轴且孔径相同。主体是一个下凹形板状构件。

套筒12是一个中空的圆筒，套筒12的外表面与马鞍形件11的主体的下凹部分完全贴合。所述套筒12用于穿过机翼103的龙骨101，并优选采用尼龙材料制成。采用尼龙材料可以减轻重量，同时减少马鞍形件11与龙骨101的摩擦。

安装平板13是一个板状构件，优选为图1所示的不规则形状，即其轮廓线既可以是弧线围成，也可以是直线围成。该安装平板13的内部具有一个大圆孔131和一个小圆孔132，大圆孔131用于与套筒12连接，小圆孔132用于与滚转位移编码器14连接。安装平板13的大圆孔131以龙骨中心线113为中心轴，套筒12的一端伸出马鞍形件11之外，由此，大圆孔131的内表面与套筒12外表面紧密配合，以使二者沿龙骨中心线113同心安装。滚转位移编码器14与小齿轮112通过安装平板13的小圆孔132以滚转编码器中心线114为中心轴同心安装，滚转位移编码器具有一输出轴，该输出轴穿过所述小圆孔132，且小齿轮112安装于滚转位移编码器14的输出轴外端。俯仰位移编码器15、内夹板16、外夹板17这三个部件通过左下边块116上的俯仰轴孔18并以俯仰编码器中心线115为中心轴同心安装，其中内夹板16、外夹板17与马鞍形件11的左下边块116的内外表面紧密贴合，俯仰位移编码器15以俯仰编码器中心线115为中心轴插入外夹板17。

机体骨架102的一端、后机体骨架106的一端在操纵位移测量装置1的右下边块的俯仰轴孔18处，通过螺栓与操纵位移测量装置1连接，机体骨架102的另一端、后机体骨架106的另一端分别与底座小车105连接，机体骨架102、机体骨架106与底座小车105形成三角形的机体承力机构。龙骨101穿过操纵位移测量装置1的套筒12，与套筒12的内表面光滑贴合安装。并且，龙骨101与龙骨齿轮111固定连接。操纵位移测量装置1的俯仰位移编码器15与机体骨架102固定连接。龙骨齿轮111与小齿轮112啮合。由上可知，无人动力三角翼操纵位移测量装置1上的套筒12与龙骨101，依据龙骨中心线113同心光滑安装，形成滚转运动副；机翼与龙骨101固定连接。无人动力三角翼操纵位移测量装置1上的右下边块上的俯仰轴孔18与机体骨架102通过螺栓连接，形成俯仰运动副。

本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置1是在原有龙骨101、套筒12、马鞍形件11的基础上加装安装平板13、滚转位移编码器14、俯仰位移编码器15、内夹板16、外夹板17、龙骨齿轮111、小齿轮112，将龙骨101的滚转运动和龙骨101/套筒12/马鞍形件11固联体的俯仰运动通过龙骨齿轮111、小齿轮112、外夹板17传导到滚转位移编码器14、俯仰位移编码器15，从而进行机翼操纵量的测量。这些加装的测量装置，没有改变原有飞机的力学传导路线，只是引入一些微小扭矩的传感器，不会对飞行安全造成影响。

无人动力三角翼操纵位移测量装置1的工作过程是：

滚转操纵位移测量：当机翼滚转时，龙骨101在套筒12中相对于马鞍形件11滚转，并通过龙骨齿轮111、小齿轮112将滚转运动传送给滚转位移编码器14，从而可以测得机翼滚转操纵的位移。

俯仰操纵位移测量：当机翼俯仰时，龙骨101带动套筒12、马鞍形件11、内夹板16、外夹板17同时俯仰运动，同时带动俯仰编码器15相对于机体骨架102的俯仰旋转运动，从而可以测出机翼俯仰操纵的位移。

图3A和图3B是本发明的操纵位移测量标定方法流程图。其中图3A是滚转操纵位移测量标定方法流程图；图3B是俯仰操纵位移测量标定方法流程图。

如图3A所示，滚转操纵位移测量标定步骤包括：将滚转位移编码器141输出的滚转位移测量数据脉冲转换为小齿轮112的滚转角度；将小齿轮滚转角度乘以龙骨齿轮与小齿轮之间的减速比，得到机翼的滚转位移。

如图3B所示，俯仰操纵位移测量标定步骤则是直接将俯仰位移编码器15输出的俯仰位移测量数据脉冲直接转换为机翼俯仰位移。

在一个具体实施例中，具体步骤如下：

滚转位移编码器14、俯仰位移编码器15测量的是脉冲量P，如果编码器一周的脉冲线数T(采用正交编码AB相，一周脉冲是4T)，则脉冲P与角度A的转化关系为：

因此对于滚转操纵位移角度A_roll，还换需要考虑减速比i，因此对于滚转位移编码器14读数为P_roll，如果采用正交编码器一周线数为2500线，减速比为0.1，其对应的滚转操纵位移(度)为：

对于俯仰操纵位移角度A_pitch，对于俯仰位移编码器15读数为P_pitch，如果采用正交编码器一周线数为2500线，其对应的俯仰操纵位移(度)为

本发明的无人动力三角翼操纵位移测量装置可以对飞行的不同阶段(滑跑、爬升、平飞、转弯、下降、刹车)的无人动力三角翼操纵位移进行实时测量，完成实时数据的高速率采集，采样速率可达10Khz。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无人动力三角翼操纵位移测量装置，所述无人动力三角翼包括龙骨(101)、机体骨架(102)、机翼(103)、主操纵杆(104)和后机体骨架(106)，所述龙骨(101)位于所述机翼(103)的中部且与该机翼(103)固联，其特征在于，所述无人动力三角翼操纵位移测量装置(1)包括马鞍形件(11)、套筒(12)、安装平板(13)、滚转位移编码器(14)、俯仰位移编码器(15)、内夹板(16)、外夹板(17)、龙骨齿轮(111)和小齿轮(112)，

所述马鞍形件(11)呈马鞍形，包括位于中部的主体和位于主体下部的左下边块(116)和右下边块(117)，所述主体是一个下凹形板状构件，所述左下边块(116)和右下边块(117)上各开有一个俯仰轴孔(18)，两个俯仰轴孔共轴且孔径相同；

所述套筒(12)是一个中空的圆筒，用于穿过所述龙骨(101)，其外表面与所述马鞍形件(11)的主体的下凹部分完全贴合；

所述安装平板(13)是板状构件，其内部具有一个大圆孔(131)和一个小圆孔(132)，大圆孔(131)用于与所述套筒(12)连接，小圆孔(132)用于与所述滚转位移编码器(14)连接；

所述滚转位移编码器(14)与小齿轮(112)通过所述小圆孔(132)以滚转编码器中心线(114)为中心轴同心安装，所述龙骨齿轮(111)与小齿轮(112)啮合；

所述俯仰位移编码器(15)、内夹板(16)、外夹板(17)通过所述左下边块(116)上的俯仰轴孔(18)并以俯仰编码器中心线(115)为中心轴同心安装。

2.如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵位移测量装置，其特征在于，所述套筒(12)由尼龙材料制成。

3.如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵位移测量装置，其特征在于，所述龙骨(101)穿过所述套筒(12)，与所述套筒(12)的内表面光滑贴合安装，并且所述龙骨(101)与所述龙骨齿轮(111)固定连接，所述俯仰位移编码器(15)与所述机体骨架(102)固定连接。

4.一种无人动力三角翼操纵位移测量装置的标定方法，用于标定如权利要求1所述的无人动力三角翼操纵位移测量装置的滚转操纵位移测量，其特征在于，包括如下步骤：

将所述滚转位移编码器(14)输出的滚转位移测量数据脉冲转换为小齿轮(112)的滚转角度；

将小齿轮滚转角度乘以所述龙骨齿轮(111)与小齿轮(112)之间的减速比，得到机翼的滚转位移。