CN107914887A - 无人机发动机控制系统及其改装方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种无人机发动机控制系统及其改装方法，该无人机发动机控制系统控制的发动机为由控制钢索控制的发动机，该无人机发动机控制系统包括：至少一条控制钢索，连接至所述发动机；至少一台舵机控制器；至少一台舵机，所述舵机上设置舵机摇臂，所述舵机摇臂连接一条控制钢索，并通过所述控制钢索连接到发动机，所述舵机还和一舵机控制器相连接。并进一步提供了无人机发动机控制系统的改装方法。本公开利用舵机在舵机控制器的控制下通过控制钢索对发动机被控量如桨叶角、燃油量和功率等进行控制，尽可能地使无人机发动机的工作状态与有人机相同。

Description

无人机发动机控制系统及其改装方法

技术领域

本公开涉及飞机动力控制技术领域，更涉及通用飞机发动机控制技术领域，尤其涉及一种无人机发动机控制系统及其改装方法。

背景技术

随着当今物流行业的快速发展，传统的陆地物流形式已不能满足行业发展需要。大多数物流企业已经启用飞机作为运输工具。新西兰Pacific Aerospace公司生产的P-750XL通用飞机因其起降距离短、续航时间长、载荷重量大的特点非常适用于物流行业作为运输机使用。

由于有人驾驶飞机运营成本高、运营受机场天气条件限制等弊端，将P-750XL改为无人机是一种很好的改进方法。但问题在于，如何使飞机在无人驾驶情况下达到有人驾驶相同的工作状态，尤其是在无人操纵情况下保证发动机能够输出其最大功率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开的主要目的在于提供一种无人机发动机控制系统及其改装方法，以尽可能地使飞机在无人驾驶情况下达到有人驾驶相同的工作状态，尤其是在无人操纵情况下保证发动机能够输出其最大功率。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种无人机发动机控制系统，其控制的发动机为由控制钢索控制的发动机，该无人机发动机控制系统包括：至少一条控制钢索，连接至所述发动机；至少一台舵机控制器；至少一台舵机，所述舵机上设置舵机摇臂，所述舵机摇臂连接一条控制钢索，并通过所述控制钢索连接到发动机，所述舵机还和一舵机控制器相连接。

在本公开的一些实施例中，所述舵机摇臂的长度设置为：当舵机摇臂旋转最大行程时，使控制钢索产生的直线位移大于或等于发动机在两个极限功能档位之间切换时控制钢索的伸长量；

所述舵机摇臂的旋转角位移设置为：使控制钢索产生的直线位移等于发动机在不同档位切换时控制钢索的伸长量。

在本公开的一些实施例中，所述舵机摇臂的一端通过花键连接至舵机，另一端连接一钢索连杆，所述钢索连杆上固定有一控制钢索。

在本公开的一些实施例中，所述舵机摇臂上开设孔径一致的若干孔，所述钢索连杆能够固定到所述若干孔以调节舵机摇臂的半径。

在本公开的一些实施例中，所述舵机通过控制钢索对发动机的被控量进行控制，所述被控量包括燃油量、桨叶角和发动机功率。

在本公开的一些实施例中，所述无人机发动机控制系统还包括：飞行控制计算机，通过电缆连接所述舵机控制器，根据无人机的发动机参数计算发动机所需输出功率以及螺旋桨转速，并向所述舵机控制器输出控制信号。

在本公开的一些实施例中，所述舵机控制器包括舵机控制器A和舵机控制器B；所述舵机包括螺旋桨控制舵机、燃油控制舵机和功率控制舵机，其中，所述螺旋桨控制舵机和燃油控制舵机受所述舵机控制器A的控制，所述功率控制舵机受所述舵机控制器B的控制；所述控制钢索包括螺旋桨控制钢索、燃油控制钢索和功率控制钢索，分别与螺旋桨控制舵机、燃油控制舵机和功率控制舵机相连。

在本公开的一些实施例中，所述螺旋桨控制钢索与发动机的桨毂组件相连以调整桨叶角；所述燃油控制钢索与发动机的燃油活门相连以控制燃油量；所述功率控制钢索与发动机的进气活门相连以控制进气量进而改变发动机功率。

在本公开的一些实施例中，所述发动机为PT6A-34发动机。

在本公开的一些实施例中，所述无人机为对有人机原型改装的无人机。

在本公开的一些实施例中，所述舵机控制器和舵机之间通过电缆相连。

作为本公开的另一个方面，提供了一种无人机发动机控制系统的改装方法，其中，所述改装方法包括以下步骤：

步骤A：将有人机发动控制系统中用于控制发动机一被控量的操纵杆推至止动槽最上方，此时发动机控制钢索被压入钢索保护套管，以钢索保护套管出口处为基准，测量将操纵杆推至不同档位的钢索伸长量；

步骤B：根据所述钢索伸长量确定舵机摇臂的长度，以使舵机旋转运动至最大行程时，相应的摇臂线位移满足相应钢索直线位移；

步骤C：拆除有人机发动控制系统的操纵杆，将所述操纵杆对应的操纵钢索分别与舵机摇臂相连，并根据钢索长度和钢索最大弯曲半径确定舵机的固定位置，以及根据步骤A中发动机在不同档位切换时的钢索伸长量确定舵机摇臂的旋转角位移；

步骤D：通过电缆将舵机、舵机控制器和飞行控制计算机依次相连。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开无人机发动机控制系统及其改装方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)增加舵机和舵机控制器，通过舵机和控制钢索对发动机的不同被控量如桨叶角、燃油量和发动机功率等进行控制，使无人机的发动机工作状态与有人驾驶时尽量保持一致；

(2)测量发动机在极限工作状态下各控制钢索位移量，并将钢索位移量转换为舵机摇臂位移量，通过飞行控制计算机输出控制信号改变舵机角位移进而通过钢索位移改变发动机工作状态，进一步保证了无人驾驶飞机发动机工作状态与有人驾驶时完全相同，并且在对发动机进行控制时，控制更加精准、响应速度更快。

(3)进一步通过飞行控制计算机根据无人机的发动机参数来计算发动机所需输出功率以及螺旋桨转速，并向舵机控制器输出控制信号，有助于使无人机发动机工作状态与有人驾驶时保持一致，在对发动机进行控制时，控制精准、响应速度快。

附图说明

图1为P-750XL发动机控制系统示意图；

图2为本公开一实施例的AT200无人机发动机控制系统示意图；

图3为本公开一实施例的舵机、舵机摇臂和钢索的连接结构示意图；

图4是图3中的舵机摇臂结构示意图；

图5是图3中的钢索连杆结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-螺旋桨杆； 2-燃油杆；

3-功率杆； 4-手柄锁；

5-舵机； 6-舵机摇臂；

7-钢索连杆； 8-控制钢索。

具体实施方式

本公开的一种无人机发动机控制系统及其改装方法的发明思路在于：舵机在舵机控制器的控制下通过控制钢索对发动机被控量如桨叶角、燃油量和功率等进行控制，尽可能地使无人机发动机的工作状态与有人机相同；进一步地，为使对无人机发动机的控制更为精准和快速，本发明测量发动机在不同档位时的钢索伸长量，并将钢索伸长量转为舵机摇臂的角位移，进一步保证了无人机发动机的工作状态与有人机相同。

为使本公开的目的、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，对本公开作进一步的详细说明。

作为一示例性实施例，本公开针对P-750XL有人机改AT200无人机发动机控制系统改装，以保证AT200无人机发动机控制精度与原机型相同，输出功率与原型机保持不变。当然本公开并不局限于前述型号的有人机改装无人机，只要是原机发动机为钢索控制的发动机，均可用于本公开的技术方案中。

图1是P-750XL发动机控制系统示意图。如图1所示，为P-750XL原机发动机控制系统，所控制的发动机型号为加拿Pratt&Whitney公司生产的PT6A-34发动机，其包括三个发动机操纵杆，即螺旋桨杆1、燃油杆2和功率杆3、一个发动机操纵杆箱及其附件如手柄锁4等和三条发动机控制钢索，即螺旋桨控制钢索、燃油控制钢索和功率控制钢索，三条发动机控制钢索分别连接到发动机的桨毂组件、燃油活门和进气活门，以对发动机的桨叶角、燃油量和功率进行控制。

经改装后的AT200无人机发动机控制系统，其控制的发动机为即为PT6A-34发动机。图2是本公开一实施例的AT200无人机发动机控制系统示意图。如图2所示，本实施例的无人机发动机控制系统包括：

飞行控制计算机，用于根据无人机的发动机参数计算发动机所需输出功率以及螺旋桨转速，并输出控制信号；

舵机控制器A，通过电缆连接飞机控制计算机，用于向与其连接的舵机传递所述控制信号；

舵机控制器B，通过电缆连接飞机控制计算机，用于向与其连接的舵机传递所述控制信号；

螺旋桨控制舵机，通过电缆连接舵机控制器A，通过螺旋桨控制钢索连接至发动机的桨毂组件，用于接收舵机控制器A传递的控制信号并根据控制信号通过螺旋桨控制钢索对发动机的桨叶角进行控制；

燃油控制舵机，通过电缆连接舵机控制器A，通过燃油控制钢索连接至发动机的燃油活门，用于接收舵机控制器A传递的控制信号并根据控制信号通过燃油控制钢索对发动机的燃油量进行控制；

功率控制舵机，通过电缆连接舵机控制器B，通过功率控制钢索连接至发动机的进气活门，用于接收舵机控制器B传递的控制信号并根据控制信号通过功率控制钢索对发动机的功率进行控制。

每个舵机控制器可控制两台舵机，而因为功率控制舵机运动较多，故对其进行单独控制。

其中，三个舵机的基本结构相同，请参照图3所示，舵机5上设置有舵机摇臂6，一端通过花键连接到舵机5上，舵机摇臂6的另一端具有双耳结构，可连接一单耳结构的钢索连杆7，钢索连杆7上固定控制钢索8，当舵机摇臂6转过一转角时，使控制钢索8发生一直线位移，通过对直线位移的量的控制实现发动机被控量在不同档位间的切换。

图4为图3中的舵机摇臂结构示意图，图5为图3中的钢索连杆结构示意图。请参照图4和图5所示，舵机摇臂6上开设孔径一致的若干孔，钢索连杆7能够固定到所述若干孔上以调节舵机摇臂6的半径，以保证舵机角位移通过舵机摇臂转化为线位移后，与钢索伸长或压缩量相同。

上文已经对本公开的无人机发动机控制系统进行了详细说明。需要进一步说明的是上述无人机实际上是通过对有人机发动机控制系统进行的改造，以下为对P-750XL原机发动机控制系统的改装方法，包括下述步骤：

步骤A，分别将原机发动机三个操纵杆推至止动槽最上方，此时发动机控制钢索被压入钢索保护套，以钢索套管出口处为基准在钢索上用划针划线，标记此刻钢索伸出量；

然后将各操纵杆向止动槽下方运动至下一档位，划线，以此类推直至3个操纵杆运动至各档位时钢索上均完成划线为止，

然后分别量出各操纵杆在每两个档位运动时钢索伸长量。

步骤B，根据每一条钢索的伸长量，选择舵机摇臂长度，保证舵机旋转运动至最大行程时，相应的摇臂线位移满足相应钢索直线位移。

步骤C，原机操纵系统及附件拆除后，将原操纵杆对应的操纵钢索分别与舵机摇臂相连，并根据钢索长度和钢索最大弯曲半径将舵机固定在安装板上，以及根据步骤A中发动机在不同档位切换时的钢索伸长量确定舵机摇臂的旋转角位移；

步骤D，通过电缆将舵机、舵机控制器和飞行控制计算机依次相连。

当需要改变当前发动机工作状态时，飞行控制计算机根据当前传感器传回数据计算出所需的发动机工作参数并输出控制信号，通过舵机控制器将控制信号传递给相应舵机，各舵机发生作动变化，通过相应发动机控制钢索带动发动机控制活门运动，从而改变发动机工作状态。

综上所述，本公开通过对有人机进行改进，增加了舵机控制，利用舵机通过控制钢索对发动机的燃油量、桨叶角和功率等被控量进行控制，实现了无人驾驶；测量发动机在极限工作状态下各控制钢索位移量，并将钢索位移量转换为舵机摇臂位移量，进一步保证了无人机发动机的工作状态与有人机相同；进一步地，飞行控制计算机计算发动机工作参数、输出控制信号并通过舵机控制器传递给相应的舵机，实现快速精准的控制。

还需要说明的是，与实施例相结合的附图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。

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

Claims (10)

1.一种无人机发动机控制系统，其控制的发动机为由控制钢索控制的发动机，该无人机发动机控制系统包括：

至少一条控制钢索，连接至所述发动机；

至少一台舵机控制器；

至少一台舵机，所述舵机上设置舵机摇臂，所述舵机摇臂连接一条控制钢索，并通过所述控制钢索连接到发动机，所述舵机还和一舵机控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的无人机发动机控制系统，其中：

所述舵机摇臂的长度设置为：当舵机摇臂旋转最大行程时，使控制钢索产生的直线位移大于或等于发动机在两个极限功能档位之间切换时控制钢索的伸长量；

所述舵机摇臂的旋转角位移设置为：使控制钢索产生的直线位移等于发动机在不同档位切换时控制钢索的伸长量。

3.根据权利要求2所述的无人机发动机控制系统，其中，所述舵机摇臂的一端通过花键连接至舵机，另一端连接一钢索连杆，所述钢索连杆上固定有一控制钢索。

4.根据权利要求3所述的无人机发动机控制系统，其中，所述舵机摇臂上开设孔径一致的若干孔，所述钢索连杆能够固定到所述若干孔以调节舵机摇臂的半径。

5.根据权利要求1所述的无人机发动机控制系统，其中，所述舵机通过控制钢索对发动机的被控量进行控制，所述被控量包括燃油量、桨叶角和发动机功率。

6.根据权利要求1所述的无人机发动机控制系统，还包括：

飞行控制计算机，通过电缆连接所述舵机控制器，根据无人机的发动机参数计算发动机所需输出功率以及螺旋桨转速，并向所述舵机控制器输出控制信号。

7.根据权利要求1所述的无人机发动机控制系统，其中：

所述舵机控制器包括舵机控制器A和舵机控制器B；

所述舵机包括螺旋桨控制舵机、燃油控制舵机和功率控制舵机，其中，所述螺旋桨控制舵机和燃油控制舵机受所述舵机控制器A的控制，所述功率控制舵机受所述舵机控制器B的控制；

所述控制钢索包括螺旋桨控制钢索、燃油控制钢索和功率控制钢索，分别与螺旋桨控制舵机、燃油控制舵机和功率控制舵机相连。

8.根据权利要求7所述的无人机发动机控制系统，其中，所述螺旋桨控制钢索与发动机的桨毂组件相连以调整桨叶角；

所述燃油控制钢索与发动机的燃油活门相连以控制燃油量；

所述功率控制钢索与发动机的进气活门相连以控制进气量进而改变发动机功率。

9.根据权利要求1所述的无人机发动机控制系统，其中：

所述发动机为PT6A-34发动机；和/或

所述无人机为对有人机原型改装的无人机；和/或

所述舵机控制器和舵机之间通过电缆相连。

10.一种无人机发动机控制系统的改装方法，其中，所述改装方法包括以下步骤：

步骤A：将有人机发动控制系统中用于控制发动机一被控量的操纵杆推至止动槽最上方，此时发动机控制钢索被压入钢索保护套管，以钢索保护套管出口处为基准，测量将操纵杆推至不同档位的钢索伸长量；

步骤B：根据所述钢索伸长量确定舵机摇臂的长度，以使舵机旋转运动至最大行程时，相应的摇臂线位移满足相应钢索直线位移；

步骤C：拆除有人机发动控制系统的操纵杆，将所述操纵杆对应的操纵钢索与舵机摇臂相连，并根据钢索长度和钢索最大弯曲半径确定舵机的固定位置，以及根据步骤A中发动机在不同档位切换时的钢索伸长量确定舵机摇臂的旋转角位移；

步骤D：通过电缆将舵机、舵机控制器和飞行控制计算机依次相连。