CN104554706A - 一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新操控方式 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新操控方式，通过舵机控制矢量电机拉力线方向、控制电机转速以及调节控制面的偏转，从而控制飞机的飞行状态，简化复杂的操纵系统和传感系统，达到操控飞机的功能。这种操控方式不仅可以完成对大展弦比飞翼布局太阳能飞机的稳定操纵，而且可以简化操纵系统，降低结构重量，提高飞机的工作载荷，增加飞机控制的可靠性。

Description

一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新操控方式

一、技术领域：

本发明提供一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新操控方式，属于太阳能光伏技术与无人机技术的交叉领域。

二、背景技术：

随着当今世界对长航时无人机需求量的不断加大，太阳能飞机在各个领域的开发和利用逐渐得到推广。飞翼布局作为一种结构重量轻、阻力小、空气动力效率高、全寿命周期成本小的新型布局方式在太阳能飞机上得到广泛应用。然而，由于飞翼布局舵面效率低，操纵相对困难，飞翼布局飞机一直发展缓慢。美国太阳神飞机通过精密的传感元件和复杂的自动控制系统对飞机进行控制，但最终还是因为稳定性较差而在空中解体失败。为解决上述问题，我们采用矢量推力和控制面调制组合控制技术对其进行操纵。

三、发明内容：

(1)目的：本发明的目的在于提供一种飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，利用该控制方式可以简化大展弦比飞翼布局太阳能飞机的复杂操纵系统和精密传感元件，提高飞机的稳定性和操纵性。

(2)技术方案：根据本发明研制的大展弦比飞翼布局太阳能飞机在气动布局上基本与其他大展弦比飞翼布局飞机相同，其技术方案是通过控制矢量电机拉力线方向、电机转速以及控制面偏转，从而实现对飞机飞行状态的有效控制。具体操纵方式如下：

1)在电机转速相同情况下，配合控制面偏转，通过舵机控制推进电机在垂直平面内同向偏转可使飞机产生俯仰运动，即当推进电机向上偏转时，同时使副翼上偏，可使飞机产生抬头力矩，飞机迎角增大，从而增大飞机升力，进行爬升。反之产生低头力矩，飞机下降；

2)在电机转速相同情况下，配合控制面偏转，通过舵机控制推进电机在垂直平面内反向偏转可使飞机产生滚转运动。当以左侧电机向上偏转，右侧电机向下偏转，同时副翼左侧上偏右侧下偏时，飞机左侧抬头力矩增大，右侧低头力矩增大，飞机产生右滚转运动。反之，产生左滚转运动。

3)在舵机处于平衡位置情况下，通过控制机身两侧推进电机输入功率的不同而产生偏航运动。当左侧电机输入功率增大，右侧电机输入功率减小时，飞机左侧螺旋桨转速增加，产生右偏航运动。反正，产生左偏航运动。

通过太阳能飞机推进电机的矢量偏转、电机转速变化以及控制面偏转的组合，可有效控制飞机的飞行姿态，简化复杂的操纵系统和传感系统，达到操控飞机的功能。该方案既能够达到操控飞机的目的，又使得飞机的操纵系统变得简化。在满足应用需求的同时最大限度的降低了系统的组成和总重，提高了系统的可靠性。

本发明一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，其基本的研制流程如下：

a)原材料采购、检验，包括矢量控制所需的所有材料，保证所选材料满足使用要求，尤其是环境适应性要求；

b)太阳能飞机翼面部分的制作。画线切割，立肋蒙皮，焊接太阳能电池板，布板蒙膜，安装副翼、襟翼和舵面，引出相应的输电线缆；

c)吊舱制作。按照翼型的形状对吊舱进行制作，保证吊舱的流线形，减小飞行过程中的阻力；

d)机翼连接销和副销制作。太阳能飞机中段与太阳能飞机外段通过连接销连接，在机翼后段用副销固定；

e)矢量电机架的制作。制作矢量电机架，使电机能够在电机架上进行上下偏转，然后将电机架与舵机相连，使电机架能够受舵机控制进行偏转；

f)安装太阳能飞机的其他部件，如：螺旋桨、锂电池、电池管理模块、连接件以及相应的输电线缆；

g)对太阳能飞机进行试飞前调试，测试电机的实际输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池能否正常工作。

(3)优点及功效：本发明一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，它可以完成对大展弦比飞翼布局太阳能飞机的稳定操纵，同时简化操纵系统和结构重量，提高飞机的载荷能力。

四、附图说明：

图1为本发明应用到某大展弦比飞翼布局太阳能飞机实例的结构示意图

图2为矢量舵机架结构图

图3为应用矢量推力技术的大展弦比太阳能飞机基本研制流程图

图中标号说明如下：

1.太阳能飞机翼稍端板   2.太阳能飞机外段   3.太阳能飞机中段

4.太阳能飞机吊舱   5.舵机   6.连杆   7.转轴   8.矢量电机架

9.电机架底层   10.电机架顶层   11.电机架夹层

五、具体实施方式：

下面结合图1、2、3对本发明中的矢量推力技术实现方式作进一步说明：

本发明提供了一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操纵方式，可简化操纵系统和结构重量，提高飞机的工作载荷，增加飞机控制的可靠性。如图1所示，该方案是在常规大展弦比飞翼布局太阳能飞机(太阳能飞机翼稍端板1、太阳能飞机外段2、太阳能飞机中段3)的太阳能飞机吊舱4前端安装矢量舵机架结构，然后在矢量舵机架结构的前端安置电机。舵机5通过连杆6控制矢量电机架8在垂直平面上沿转轴7转动，从而控制矢量电机上下偏转，最终改变电机的拉力线方向。结合电机转速的变化和控制面的偏转，可改变飞机的飞行姿态(俯仰、滚转、偏航)，从而实现对飞机飞行状态的有效控制。

该矢量舵机架结构示意图如图2所示，这种矢量舵机架结构图结构主要由电机架底层9、电机架顶层10、电机架夹层11和转轴7组成。电机架底层9的上端需做开孔处理，方便与舵机5通过连杆6连接，电机架夹层11与转轴7需固定连接。图中结构的材料可用木材，所有的连接方式可以是粘接，但必须可靠连接。

该矢量推力技术在大展弦比太阳能飞机制作基本研制流程图如图3所示，主要包括原材料采购与检验、各种结构的制作与组装、试飞等步骤。

本发明一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，针对该种飞机的基本研制流程如下：

1)原材料采购、检验，包括矢量控制所需的所有材料，保证所选材料满足使用要求，尤其是环境适应性要求；

2)太阳能飞机翼面部分的制作。画线切割，立肋蒙皮，焊接太阳能电池板，布板蒙膜，安装副翼、襟翼和舵面，引出相应的输电线缆；

3)太阳能飞机吊舱4制作。按照翼型的形状对太阳能飞机吊舱4进行制作，保证太阳能飞机吊舱4的流线形，以减小飞行过程中的阻力；

4)机翼连接销和副销制作。太阳能飞机中段3与太阳能飞机外段2通过连接销连接，在机翼后段用副销固定；

5)电机架8的制作。制作电机架8，使电机能够在电机架8上进行上下偏转，然后将电机架8与舵机5相连，使电机架8能够受舵机5控制进行偏转；

6)安装太阳能飞机的其他部件，如：螺旋桨、锂电池、电池管理模块、连接件以及相应的输电线缆；

7)对太阳能飞机进行试飞前调试，测试电机的时机输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池能否正常工作。

应当指出，本实例仅列示性说明本发明的应用方法，而非用于限制本发明。任何熟悉此种使用技术的人员，均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (2)

1.一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，其特征在于：

通过舵机控制两个矢量电机拉力线方向和控制电机转速从而控制飞机的飞行状态。在飞机矢量电机偏转和电机转速的变化组合配合下，共同控制飞机的飞行姿态，简化复杂的操纵系统和传感系统，达到操控飞机的功能。这种操控方式不仅可以完成对大展弦比飞翼布局太阳能飞机的稳定操纵，而且简化操纵系统和结构重量，提高飞机的工作载荷，增加飞机控制的可靠性。

2.一种大展弦比飞翼布局太阳能飞机的新型操控方式，其特征在于：其大展弦比飞翼布局太阳能飞机的研制流程如下：

1)原材料采购、检验，包括矢量控制所需的所有材料，保证所选材料满足使用要求，尤其是环境适应性要求；

2)太阳能飞机翼面部分的制作。画线切割，立肋蒙皮，焊接太阳能电池板，布板蒙膜，安装副翼、襟翼和舵面，引出相应的输电线缆；

3)太阳能飞机吊舱制作。按照翼型的形状对太阳能飞机吊舱进行制作，保证吊舱的流线形，减小飞行过程中的阻力；

4)机翼连接销和副销制作。太阳能飞机的中段与左右两段通过连接销连接，在机翼后段用副销固定；

5)矢量电机架的制作。制作矢量电机架，使电机能够在电机架上进行上下偏转，然后将电机架与舵机相连，使电机架能够受舵机控制进行偏转；

6)安装太阳能飞机的其他部件，如：螺旋桨、锂电池、电池管理模块、连接件以及相应的输电线缆；

7)对太阳能飞机进行试飞前调试，测试电机的实际输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池能否正常工作。