CN109085844A - 一种航模的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种航模的控制系统，包括航模旋翼、第一桨叶和第二桨叶、主螺旋轴、位置传感模块、减速齿轮副、电动机以及控制电路；控制系统进一步包括固定连接在主螺旋轴上部的水平杆以及上端与桨叶刚性部分固定连接且下端与水平杆固定连接的的竖直变形拉杆。该控制系统结构简单、重量较轻、加工方便；同时能够较好地实现前后左右飞行的状态。
Description
技术领域
本发明属于航模技术领域，具体地，涉及一种航模的控制系统。
背景技术
航模科技是航天事业的基础活动，它将先进的航空技术、机械设计、电子技术、光学技术、计算机处理技术、控制技术、传感器应用、小型航空发动机等多方面技术成果综合于一体的高技术产品，具有和尺寸小、重量轻、无人损伤、经济性好等优点，在灾情监视、交通巡视、航空测绘等方面有广泛用途。航模的控制系统一直是航模业研究设计的一大焦点，控制系统所决定的稳定性和精确性直接影响到航模飞行器的操控性能和系统安全。
随着竞赛用航模的飞速发展，不断对航模控制系统提出了更高的要求，在提高性能的同时还需要考虑到重量、环保、成本和工艺等各种因素。对多数航模而言，由于载重量较小，需要在减轻航模总重的同时，按照比例减轻控制系统的体积和重量；然而，控制系统中的轴承和减速齿轮在尺寸较小时的生产难度显著增加，导致工艺流程复杂化，工艺成本也相应增加。此外，由于生产工艺的复杂性，还可能会导致控制系统的某些部位力学强度不够，从而导致航模的抗疲劳性不足，从而可靠性降低。
因此，迫切需要寻找一种新的航模的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新的航模的控制系统，该控制系统结构简单、重量较轻、加工方便；同时能够较好地实现前后左右飞行的状态。
为解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案得以实现：一种航模的控制系统，包括航模旋翼、无铰式连接在旋翼上的第一桨叶和第二桨叶、与旋翼中心通过套接轴连接的主螺旋轴、设置在主螺旋轴上的位置传感模块、设置于主螺旋轴下端并与其铰接的减速齿轮副、与减速齿轮副啮合的电动机以及接收位置传感模块的信号并且将其转化为电信号控制电动机转动的控制电路；其特征在于，所述控制系统进一步包括固定连接在主螺旋轴上部的水平杆以及上端与桨叶刚性部分固定连接且下端与水平杆固定连接的的竖直变形拉杆。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述位置传感模块用于检测所述竖直变形拉杆的相位信号，然后将所述信号发送给控制电路，后者通过控制电动机的输出功率变化，从而实现航模的飞行姿态。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述相位包括第一相位、第二相位、第三相位和第四相位，分别对应于前飞、左飞、后飞和右飞。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述位置传感模块进一步包括光电码盘和光电传感器。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述光电码盘包括内圈和外圈；其中，内圈用于确定0相位；外圈包括用于确定第一相位、第二相位、第三相位和第四相位的四个小圈。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述光电传感器通过检测内外圈孔的通与不通，得到所述竖直变形拉杆的相位信号。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述电动机带动所述减速齿轮副、主螺旋轴和水平杆一起运动，使所述竖直变形拉杆的上端变形，从而带动旋翼在其长度方向上转动。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述旋翼桨叶转动角度的变化值与所述电动机的输出功率变化值成正比。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述电动机的输出功率为脉冲变化。
根据本发明所述的控制系统，其特征在于，所述电动机的输出功率脉冲变化的周期为10-20毫秒。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过使用特定结构的竖直变形拉杆结合脉冲变化的电动机功率变化，实现了对航模旋翼的控制目的。该控制系统中旋翼的转动角度与电动机的输出功率变化成正比。根据本发明的航模控制系统结构简单、重量较轻、加工方便；同时能够较好地实现航模前后左右飞行的状态。
附图说明
图1为根据本发明一个优选实施方式的航模控制系统示意图（其中，1-旋翼；2-第一桨叶；3-第二桨叶；4-主螺旋轴；5-位置传感模块；6-减速齿轮副；7-电动机；8-控制电路；9-水平杆；10-竖直变形拉杆）；
图2为根据本发明一个优选实施方式的位置传感模块示意图（其中，11-光电码盘；12-光电传感器；13-轴孔；14-内圈；15-外圈）。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本发明，并能够实施本发明。在不违背本发明原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施方式中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
如图1所示，依照本发明优选实施例构成的一种航模的控制系统，包括航模旋翼1、无铰式连接在旋翼上的第一桨叶2和第二桨叶3、与旋翼中心通过套接轴连接的主螺旋轴4、设置在主螺旋轴上的位置传感模块5、设置于主螺旋轴下端并与其铰接的减速齿轮副6、与减速齿轮副啮合的电动机7以及接收位置传感模块的信号并且将其转化为电信号控制电动机转动的控制电路8；所述控制系统进一步包括固定连接在主螺旋轴上部的水平杆9以及上端与桨叶刚性部分固定连接且下端与水平杆固定连接的的竖直变形拉杆10。
在一个实施方式中，桨叶2和3的长度各自为15厘米，桨叶2和3宽度为1.5厘米；主螺旋轴4的长度为8厘米，桨叶2和3的有效迎角为8度；竖直变形拉杆10的尺寸为长3厘米×宽1.5厘米×高5厘米；其中，长为沿着水平杆方向上的长度，高为与主螺旋轴平行方向上的长度，宽为垂直于水平杆方向上的长度；而且，竖直变形拉杆10的弹性模量为3.3吉帕；电动机7到主螺旋轴4的传动比为1:3.6。
在此基础上，根据BEM公式计算出，当旋翼1转动角度的变化值为1度时，电动机7的输出功率的变化值为1.1瓦。二者成正比。
进一步地，所述桨叶2和3刚性部分为桨毂。所述桨毂中心设置一个向下突出的轴突；所述桨毂的中心轴孔为椭圆形轴孔，使得所述桨毂可以带动旋翼在其长度方向上转动。
有利地，所述竖直变形拉杆与桨毂固定连接。
进一步地，所述减速齿轮副包括相互啮合的大小齿轮各一组。
进一步地，所述位置传感模块5用于检测所述竖直变形拉杆10的相位信号，然后将所述信号发送给控制电路8，后者通过控制电动机7的输出功率变化，从而实现航模的飞行姿态。
进一步地，所述相位包括第一相位、第二相位、第三相位和第四相位，分别对应于前飞、左飞、后飞和右飞。
在一个具体的实施方式中，如图2所示，所述位置传感模块进一步包括光电码盘11和光电传感器12。所述光电码盘包括内圈14和外圈15；其中，内圈用于确定0相位；外圈包括用于确定第一相位、第二相位、第三相位和第四相位的四个小圈。
进一步地，所述光电传感器12通过检测内外圈孔的通与不通，得到所述竖直变形拉杆10的相位信号。
当光电传感器检测到所述竖直变形拉杆10的相位信号处于第一相位时，也就是说，所述竖直变形拉杆处于航模的后方位置时，所述光电传感器12发出电动机7输出功率瞬间增大的信号。这时，所述电动机7带动所述减速齿轮副6、所述主螺旋轴4和所述水平杆9一起运动，使所述竖直变形拉杆10的上端变形，从而带动旋翼1在其长度方向上转动。
其中，所述竖直变形拉杆10与所述旋翼1连接处的角度变化与旋翼桨叶2和3转动角度的变化值大小相同。这时，第一桨叶2和第二桨叶3的迎角不同，前者大于后者，根据BEM公式计算出，二者产生的升力之和会产生一个使航模前倾的分力，从而使航模向前运动，实现航模的向前飞行状态。
相应地，当所述竖直变形拉杆10的相位信号处于第二相位、第三相位和第四相位时，所述光电传感器12同样发出电动机输出功率瞬间增大的信号。这时，所述电动机7带动所述减速齿轮副6、所述主螺旋轴4和所述水平杆9一起运动，使所述竖直变形拉杆的上端变形，从而带动旋翼在其长度方向上转动。这时，第一桨叶和第二桨叶产生的升力之和分别会产生一个使航模左倾、后倾和右倾的分力，从而使航模向左、后、右运动，实现航模的向后飞行和左右侧飞状态。
进一步地，根据本发明的航模的控制系统，当满足如下条件时：桨叶2和3的长度各自为15厘米，桨叶2和3宽度为1.5厘米；主螺旋轴4的长度为8厘米，桨叶2和3的有效迎角为8度；竖直变形拉杆10的尺寸为长3厘米×宽1.5厘米×高5厘米；其中，长为沿着水平杆方向上的长度，高为与主螺旋轴平行方向上的长度，宽为垂直于水平杆方向上的长度；而且，竖直变形拉杆10的弹性模量为3.3吉帕；电动机7到主螺旋轴4的传动比为1:3.6。进一步地，当航模的质量为1千克时，航模所获得的加速度为0.68牛/秒2。
在本发明的航模的控制系统中，电动机7的输出功率为脉冲变化。
有利地，所述电动机7的输出功率脉冲变化的周期为10-20毫米。
在一个具体的实施方式中，所述电动机7的输出功率脉冲变化的周期为15毫米。
与现有技术相比，本发明通过使用特定结构的竖直变形拉杆结合脉冲变化的电动机功率变化，实现了对航模旋翼的控制目的。该控制系统中旋翼的转动角度与电动机的输出功率变化成正比。根据本发明的航模控制系统结构简单、重量较轻、加工方便；同时能够较好地实现航模前后左右飞行的状态。
尽管在上文中参考特定的实施例对本发明进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本发明公开的原理和范围内，可以针对本发明公开的配置和细节做出许多修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。
Claims (10)
1.一种航模的控制系统，包括航模旋翼、无铰式连接在旋翼上的第一桨叶和第二桨叶、与旋翼中心通过套接轴连接的主螺旋轴、设置在主螺旋轴上的位置传感模块、设置于主螺旋轴下端并与其铰接的减速齿轮副、与减速齿轮副啮合的电动机以及接收位置传感模块的信号并且将其转化为电信号控制电动机转动的控制电路；其特征在于，所述控制系统进一步包括固定连接在主螺旋轴上部的水平杆以及上端与桨叶刚性部分固定连接且下端与水平杆固定连接的的竖直变形拉杆。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位置传感模块用于检测所述竖直变形拉杆的相位信号，然后将所述信号发送给控制电路，后者通过控制电动机的输出功率变化，从而实现航模的飞行姿态。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述相位包括第一相位、第二相位、第三相位和第四相位，分别对应于前飞、左飞、后飞和右飞。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位置传感模块进一步包括光电码盘和光电传感器。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述光电码盘包括内圈和外圈；其中，内圈用于确定0相位；外圈包括用于确定第一相位、第二相位、第三相位和第四相位的四个小圈。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述光电传感器通过检测内外圈孔的通与不通，得到所述竖直变形拉杆的相位信号。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电动机带动所述减速齿轮副、主螺旋轴和水平杆一起运动，使所述竖直变形拉杆的上端变形，从而带动旋翼在其长度方向上转动。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述旋翼桨叶转动角度的变化值与所述电动机的输出功率变化值成正比。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电动机的输出功率为脉冲变化。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电动机的输出功率脉冲变化的周期为10-20毫秒。
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