CN108622405A - 重力控制滑翔翼装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力控制滑翔翼装置及控制方法，包括机翼和悬挂于机翼下方的控制装置，所述的机翼包括主机翼和垂直翼，所述的控制装置通过连接杆安装于所述主机翼下方；所述的控制装置内安装有控制板，所述控制板连接有气压计和具有GPS定位的导航系统，所述控制装置上安装有两个用于调节重心的滑竿。本发明所述的重力控制滑翔翼装置及控制方法，因不搭载飞行员，重力轻，所以能够在风力适合时长期飞行，相比于电力无人机其续航时间大大延长，相比于燃料飞行器风力滑翔翼制造成本和飞行成本都极低。

Description

重力控制滑翔翼装置及控制方法

技术领域

本发明涉及滑翔翼控制领域，具体为一种以改变重心来控制方向的滑翔翼装置。

背景技术

滑翔翼有主翼和副翼，主翼是产生升力的最主要结构，副翼是一个气动舵，通过飞行员感知气流来调整副翼，进而调整飞行方向。

由于感知气流过程难度较高，所以难以实现无人飞行，而搭载飞行员使整体重量增加，更容易落地。

传统滑翔机的空气舵结构相对复杂，对飞行环境较高，无法实现恶劣天气的飞行任务。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种重力控制滑翔翼装置及控制方法，用于解决现有的滑翔机的空气舵结构相对复杂，对飞行环境较高，无法实现恶劣天气的飞行任务的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种重力控制滑翔翼装置，包括机翼和悬挂于机翼下方的控制装置，所述的机翼包括主机翼和垂直翼，主机翼水平设置，垂直翼垂直于所述主机翼设置，所述的控制装置通过连接杆安装于所述主机翼下方；所述的控制装置内安装有控制板，所述控制板连接有气压计和具有GPS定位的导航系统，所述控制装置上安装有两个用于调节重心的滑竿；两个所述滑竿上分别设置有一个滑块，所述滑块内设置有电池和动力装置，并且所述动力装置能够在所述控制板控制信号的控制下，驱动所述滑块在所述滑竿上前后移动；所述控制板上安装有微处理器。

作为优选所述滑杆上加工有驱动齿，所述滑块上内置有同所述驱动齿啮合的传动齿。

一种上述的重力控制滑翔翼装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、当有风时，垂直翼使该滑翔翼朝风的方向，控制装置控制滑块移动调整，使滑翔翼重心靠后，主机翼扬起。

此时翔翼装置向上爬升，同时与风的相对速度不断减小；

S2、气压计检测到高度不在增高而在减小时，此时滑翔翼与风接近同速，滑翔翼与风的速度差不足以平衡重力，滑翔翼开始下降；微处理器通过GPS定位目标点，所在位置点的位置和指南针指示，此时滑翔翼朝向信息对姿态角做出调整，滑块向前滑动，主机翼向前倾斜，同时调整两滑块向前移动的距离存在差值，使重心偏向目标点的方向，使滑翔翼向目标点滑行，在此期间不断对方向进行修正，确保滑行中混乱的气流，及滑翔翼自身结构不够精准干扰因素不会影响滑行方向的精准。

S3、当气压计检测气压值低于指定高度时，重复步骤S1进行爬升，S1，S2阶段交替进行，直到飞到目的地，GPS测出位置已到目标点，微处理器执行降落命令，盘旋滑翔开始。

与现有技术相比较，本发明所述的重力控制滑翔翼装置及控制方法，具有以下优点：

1、因不搭载飞行员，重力轻，所以能够在风力适合时长期飞行，相比于电力无人机其续航时间大大延长，相比于燃料飞行器风力滑翔翼制造成本和飞行成本都极低。

2、其改变重心的控制方式，结构简单，与气压计，GPS定位系统配合即可实现飞行，不需额外的传感器及机翼控制装置，更能适应极寒，暴风等恶劣天气。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明的正视图。

图4是本发明控制装置剖面图。

图5是本发明控制装置示意图。

其中：1、垂直翼，2、主机翼，3、连接杆，4、控制装置，5、滑杆，6、滑块。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种重力控制滑翔翼装置，包括机翼和悬挂于机翼下方的控制装置4，所述的机翼包括主机翼2和垂直翼1，主机翼2水平设置，垂直翼1垂直于所述主机翼2设置，主机翼2和垂直翼1均无空气舵，且无厚度变化，是平板式简单结构，所述垂直翼1于所述主机翼2中心上方垂直设置。

所述的控制装置4通过连接杆3安装于所述主机翼2下方，主机翼2负责提供升力，垂直翼1使无人机总是保持面朝于相对空气运动的方向。控制装置4固定悬挂于机翼下方一定距离，使重力控制滑翔翼的重心在下，从而使重力控制滑翔翼在风中能保持稳定的姿态。

所述的控制装置4内安装有控制板，所述控制板连接有气压计和具有GPS定位的导航系统，所述控制装置4上安装有两个用于调节重心的滑竿；两个所述滑竿上分别设置有一个滑块6，所述滑块6内设置有电池和动力装置，使改变姿态的重力均来自必须搭载的装置，不必外加重物，使滑翔翼更加轻便。

并且所述动力装置能够在所述控制板控制信号的控制下，驱动所述滑块6在所述滑竿上前后移动；控制装置4通过滑块6的移动改变重心，进而调整姿态。使控制装置4结构简单，可靠性高。

所述滑杆5上加工有驱动齿，所述滑块6上内置有同所述驱动齿啮合的传动齿。所述控制板上安装有微处理器，所述微处理器为STM32单片机。

重力控制滑翔翼的控制装置4有左右两个滑杆5，滑杆5上有两个滑块6，滑块6上有电池和动力装置可使滑块6延滑杆5前后移动，从而实现重心的转移，进而调整重力控制滑翔翼的俯仰及左右倾角。

当有风时，垂直翼1使该重力控制滑翔翼朝向风的方向，重力滑块装置做出调整使滑翔翼重心靠后，主机翼2扬起。此时滑翔翼向上爬升，同时与风的相对速度不断减小。

如图1至图5所示，一种上述的重力控制滑翔翼装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、当有风时，垂直翼1使该滑翔翼朝风的方向，控制装置4控制滑块6移动调整，使滑翔翼重心靠后，主机翼2扬起；此时翔翼装置向上爬升，同时与风的相对速度不断减小。

S2、气压计检测到高度不在增高而在减小时，此时滑翔翼与风接近同速，滑翔翼与风的速度差不足以平衡重力，滑翔翼开始下降；微处理器通过GPS定位目标点，所在位置点的位置和指南针指示，此时滑翔翼朝向信息对姿态角做出调整，滑块6向前滑动，主机翼2向前倾斜，同时调整两滑块6向前移动的距离存在差值，使重心偏向目标点的方向，使滑翔翼向目标点滑行，在此期间不断对方向进行修正，确保滑行中混乱的气流，及滑翔翼自身结构不够精准干扰因素不会影响滑行方向的精准。

S3、当气压计检测气压值低于指定高度时，重复步骤S1进行爬升，S1，S2阶段交替进行，直到飞到目的地，GPS测出位置已到目标点，微处理器执行降落命令，盘旋滑翔开始。

所述控制装置4控制滑块6移动调整，具有如下规律：A＝-1.50X+30，其中，A为倾斜角，X为滑块6与滑杆5后段距离。

本发明所述的重力控制滑翔翼装置及控制方法，能够在有风情况下在空中维持长时间稳定飞行，是一种以风力为动力和通过改变重心的方式调整飞行姿态的滑翔翼装置。

主机翼2负责提供升力，垂直翼1作用为使滑翔翼一直保持面朝于相对空气运动的方向。同时控制装置4固定悬挂于机翼下方一定距离，保证滑翔翼重心在下，使滑翔翼在风中能保持稳定的姿态。控制装制主要有控制板卡，GPS定位系统，气压计和两个滑杆5。

当滑块6移动到后面时，滑翔翼主机翼2扬起，垂直翼1保证其迎风状态，此时滑翔翼借助风力爬升。当滑块6偏前则为滑行状态，两滑块6前后距离可调整滑行方向。

当为逆风时，飞行器需从A到B(A在B南)。以电磁弹射方式发射，并进入S1阶段，飞行器上升且向南移动。

当气压计信号不再升高时，转变为S2阶段，飞行器向北滑行，同时高度降低，等气压计检测高度足够低时，S2转入S1阶段。

当为顺风时，飞行器需从A到B(A在B南)。以电磁弹射方式发射，并进入S1阶段，飞行器上升且向北移动，当气压计信号不再升高时，转变为S2阶段，飞行器向北滑行，同时高度降低，等气压计检测高度足够低时，S2转入S1阶段。

可知，所有情况，都可归结为顺风和逆风。当逆风时，S1，S2虽飞行方向不同，但依然能够实现飞往目标点。

实施例1，实验无人机主机翼2为等边三角形，底为100cm，高为60cm，滑竿距主机翼2距离为180cm，两滑竿滑动有效距离为40cm。

表格一为两滑块6距滑竿尾端一定距离时无人机自由下滑的主机翼2与水平面夹角

表格二为一个滑块6距滑竿尾端20cm，另一滑块6距滑竿尾端40cm时的盘旋半径

通过表格一，能够得到所述控制装置4控制滑块6移动调整，具有如下规律：

A＝-1.50X+30，其中，A为倾斜角，X为滑块6与滑杆5后段距离。

控制过程：

飞行之前为无人机设置飞行高度上限与飞行下限，无人机在飞行过程中会尽可能处于这段高度中。

S1、当气压计检测高度低于设置好的飞行高度下限，控制装置4输出信号控制滑块6向后移动至与滑竿尾端距离为0，使滑翔翼重心靠后，气流对主机翼2的压力与重力形成一个力偶，使主机翼2扬起；此时翔翼装置向上爬升，同时与风的相对速度不断减小。

S2、气压计检测到高度不在增高而在减小时，此时滑翔翼与风接近同速，滑翔翼与风的速度差不足以平衡重力，滑翔翼开始下降；微处理器通过GPS定位目标点，所在位置点的位置和指南针指示，对此时滑翔翼朝向信息对重心做出调整，滑块6向前滑动，同时调整两滑块6向前移动的距离存在差值，使重心偏向目标点的方向，重力与压力组成的力偶使滑翔翼主机翼2向目标点倾斜，无人机向目标点滑行。

在此期间不断对方向进行修正，确保滑行中混乱的气流，及滑翔翼自身结构不够精准干扰因素不会影响滑行方向的精准。

S3、当气压计检测气压值低于指定高度时，重复步骤S1进行爬升，S1，S2阶段交替进行，直到飞到目的地，GPS测出位置已到目标点，微处理器执行降落命令，盘旋滑翔开始。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种重力控制滑翔翼装置，其特征在于包括机翼和悬挂于机翼下方的控制装置，所述的机翼包括主机翼和垂直翼，主机翼水平设置，垂直翼垂直于所述主机翼设置，所述的控制装置通过连接杆安装于所述主机翼下方；

所述的控制装置内安装有控制板，所述控制板连接有气压计和具有GPS定位的导航系统，所述控制装置上安装有两个用于调节重心的滑竿；

两个所述滑竿上分别设置有一个滑块，所述滑块内设置有电池和动力装置，并且所述动力装置能够在所述控制板控制信号的控制下，驱动所述滑块在所述滑竿上前后移动；

所述控制板上安装有微处理器。

2.根据权利要求1所述的重力控制滑翔翼装置，其特征在于：

所述滑杆上加工有驱动齿，所述滑块上内置有同所述驱动齿啮合的传动齿。

3.一种上述权利要求1至2任意一项权利要求所述的重力控制滑翔翼装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、当有风时，垂直翼使该滑翔翼朝风的方向，控制装置控制滑块移动调整，使滑翔翼重心靠后，主机翼扬起；

此时翔翼装置向上爬升，同时与风的相对速度不断减小；

S2、气压计检测到高度不在增高而在减小时，此时滑翔翼与风接近同速，滑翔翼与风的速度差不足以平衡重力，滑翔翼开始下降；

微处理器通过GPS定位目标点，所在位置点的位置和指南针指示，此时滑翔翼朝向信息对姿态角做出调整，滑块向前滑动，主机翼向前倾斜，同时调整两滑块向前移动的距离存在差值，使重心偏向目标点的方向，使滑翔翼向目标点滑行，在此期间不断对方向进行修正，确保滑行中混乱的气流，及滑翔翼自身结构不够精准干扰因素不会影响滑行方向的精准；

S3、当气压计检测气压值低于指定高度时，重复步骤S1进行爬升，S1，S2阶段交替进行，直到飞到目的地，GPS测出位置已到目标点，微处理器执行降落命令，盘旋滑翔开始。