CN109398726A - 一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法，控制机构由电机减速器组件、蜗轮蜗杆传动组件和传感器组件组成；电机减速器组件与机构壳体通过安装法兰固连，电机减速器组件与蜗轮蜗杆传动组件通过安装法兰凸台上的圆孔、螺栓连接。控制机构具有结构简单，各零部件占用体积小，抗干扰性强的特点。采用蜗轮蜗杆的传动方式，传动平稳性高，控制机构所受的振动、冲击和噪声小。采用接近传感器来检测通气阀阀口的开启状态，检测方法为非接触式检测，控制精度高、灵敏度高、可靠性好。采用角度传感器来检测通气阀阀口开启的大小，可实现通气阀阀口不同开度的调节，调节范围广、调节精度高、智能化程度好。

Description

一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法

技术领域

本发明涉及航空活塞发动机控制技术领域，具体地说，涉及一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法。

背景技术

无人机在飞行过程中，随着飞行高度的变化，发动机的进气量需求也在改变，为保证提供给发动机足量的空气，应该及时的调节发动机通气阀开口的大小。现有的通气阀阀芯执行机构多采用电磁继电器和电动伺服机构，采用电磁继电器控制通气阀的阀芯的方式，只能控制通气阀阀芯的开启和关闭，无法对通气阀的阀口开度进行不同开度的调节，并且电磁继电器在工作时需要持续的供电，无人机上的电量是有限资源，采用电磁继电器会消耗大量的电量，对无人机的电源保障提出较高的要求。采用电动伺服机构控制通气阀阀芯方式是通过伺服机构输出轴的转动来控制通气阀阀芯开度的大小，伺服机构的驱动检测装置常采用接触式的微动开关来检测输出轴的位置，整个伺服机构的体积较大，且输出轴的转角精度难以控制，对通气阀阀芯开口的控制的整体性能影响大。

中国专利CN201620379620.5公开了“一种阀门电动执行机构的控制装置”，该阀门电动执行机构的控制装置对不同模块之间的连接需要通过多个连接部件构成一个支撑框架，但装置的抗振动、抗冲击的稳定性差，且涉及的传感器较多，控制方法过于复杂，控制电机旋转的固态继电器的控制精度差。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

无人机发动机通气阀的非接触式控制机构，包括电机减速器组件、蜗轮蜗杆传动组件和传感器组件，其特征在于:所述电机减速器组件包括直流电机、行星减速器和安装法兰，所述蜗轮蜗杆传动组件包括联轴器、蜗杆、蜗杆轴、第一轴套、蜗轮、蜗轮轴和第二轴套，所述传感器组件包括第一传感器板、第二传感器板和传感器检测探头，所述安装法兰为正方形结构，靠近外缘四角有通孔，安装法兰的中间为圆形的凸台结构，且凸台上沿周向开有多个圆孔，直流电机输出轴和行星减速器输入轴配合连接，电机减速器组件通过安装法兰上圆孔、螺栓与机构壳体固连，电机减速器组件与蜗轮蜗杆传动组件通过安装法兰凸台上的孔、螺栓连接；

所述电机减速器组件的输出端和蜗杆轴连接，蜗轮蜗杆传动组件的输出端和通气阀阀芯连接，所述蜗杆轴前端和电机减速器组件的输出端通过联轴器连接，蜗杆嵌套在蜗杆轴上，蜗杆为右旋圆柱蜗杆，蜗杆和蜗杆轴为过盈配合；第一轴套嵌套在蜗杆轴的后端，第一轴套和蜗杆轴为间隙配合，第一轴套的外缘套在机构外壳体的第一轴套安装座内，第一轴套限定蜗杆的轴向移动；所述蜗轮和蜗杆相互啮合，蜗轮和蜗杆的模数相同，蜗轮轴穿过蜗轮中间的通孔并通过平键连接，第二轴套位于蜗轮轴的前端部，第二轴套和蜗轮轴为过盈配合，蜗轮轴前端和通气阀阀芯连接，蜗轮轴后端通过第一轴套和机构外壳连接；

所述第一传感器板和第二传感器板固定在机构外壳上，第一传感器板和第二传感器板所在的平面相互垂直，传感器检测探头位于第二轴套上，传感器检测探头初始位置向对第一传感器板，第一传感器板和第二传感器板用于采集传感器检测探头的信号并将信号反馈给机载计算机；

所述传感器检测探头为接近传感器和角度传感器组合，其中接近传感器与第一传感器板、第二传感器板配合，角度传感器用于检测蜗轮轴旋转的角度，得到发动机通气阀阀口开度的大小。

一种采用所述无人机发动机通气阀的非接触式控制机构进行控制的方法，其特征在于包括如下步骤:

步骤1.确定无人机飞行高度，发动机通气阀阀芯开度控制程序启动，先判断电机是否处于初始位置，电机在初始位置时接近开关反馈给机载计算机的初始电压值为U₀，当前真实值为U，若U＝U₀则进入下一步骤，若U≠U₀，则驱动电机返回初始位置，重新判断是否满足U＝U₀；

步骤2.计算无人机当前飞行高度、飞行速度下对应的阀口开度β₀，β₀值的大小综合其飞行高度、飞行速度两个参数对发动机通气阀进气量的影响，计算出的β₀值能保证提供给当前条件下发动机正常工作的空气量；

步骤3.根据机载计算机计算出的通气阀阀口开度值β₀，对应蜗轮蜗杆执行机构的换算系数i，计算出电机减速器组件所需旋转的角度值α；

步骤4.在电机减速器组件旋转α度后，蜗杆带动蜗轮转动，安装在第二轴套上的角度传感器随蜗轮转动一个角度β，传感器将检测到的角度值β反馈给机载计算机；

步骤5.机载计算机接收到角度传感器的反馈值β后，将该值和步骤2中计算出的阀口开度值β₀进行比较，若β＝β₀，则判断阀口实际开口值和理论计算值相符合，当前开度下的通气阀进气量能满足发动机正常工作的需要；若β≠β₀，则机载计算机延迟1秒后，重新进入步骤2，再次执行上述步骤，直至满足β＝β₀条件，完成发动机通气阀阀口的开启；

步骤6.通气阀开启到最大开度时对应的接近开关反馈给机载计算机的电压值为U₁，当前通气阀阀口开度对应的电压值为U，若U≠U₁，则返回步骤2重复以上步骤，若U＝U₁，则说明通气阀阀口已经开启到最大限度，发动机通气阀阀芯开度控制程序结束。

有益效果

本发明提出的一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法，与现有技术相比:该控制机构具有结构简单，布局结构紧凑，占用体积小，各部件占用的空间彼此独立，抗干扰性强的特点。采用蜗轮蜗杆的传动方式，传动平稳性高，控制机构所受的振动、冲击和噪声小。采用接近传感器来检测通气阀阀口的开启状态，检测方法为非接触式检测，控制精度高、灵敏度高、耗电量低、可靠性好。采用角度传感器来检测通气阀阀口开启的大小，可实现通气阀阀口不同开度的调节，调节范围广、调节精度高、智能化程度好。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法。

图1为本发明无人机发动机通气阀的非接触式控制机构示意图。

图2为本发明的原理框图。

图3为本发明无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法流程图。

图中:

1.电机减速器组件 2.蜗轮蜗杆传动组件 3.传感器组件 4.安装法兰 5.联轴器6.蜗杆 7.蜗杆轴 8.第一轴套 9.蜗轮 10.传感器检测探头 11.第一传感器板 12.第二轴套 13.第二传感器板 14.蜗轮轴

具体实施方式

本实施例是一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构及控制方法。

参阅图1～图3，本实施例无人机发动机通气阀的非接触式控制机构，由电机减速器组件1、蜗轮蜗杆传动组件2、传感器组件3组成。其中，电机减速器组件1包括直流电机、行星减速器和安装法兰4，安装法兰4的外缘为正方形结构，在正方形四个角上分别开有通孔，安装法兰4的中间为圆形的凸台结构，并在凸台上开有6个圆孔；直流电机输出轴和行星减速器输入轴配合连接，电机减速器组件1通过安装法兰4外缘四个角上通孔、螺栓与机构壳体固连，电机减速器组件1与蜗轮蜗杆传动组件2通过安装法兰的凸台上的孔、螺栓固定连接。

蜗轮蜗杆传动组件2包括联轴器5、蜗杆6、蜗杆轴7、第一轴套8、蜗轮9、蜗轮轴14和第二轴套12；联轴器5的一端和电机减速器组件1的输出端连接，另一端和蜗杆轴7的输入端连接；蜗杆6为右旋圆柱蜗杆，蜗杆6为20Cr材质，采用碳、氮共渗的热处理方式来提高其耐磨性。蜗杆6套装在蜗杆轴7上，蜗杆6和蜗杆轴7之间采用过盈配合，蜗杆6随着蜗杆轴7的转动而转动。轴套在整套机构中的数量为两个，一个安装在蜗杆轴7上，另一个安装在蜗轮轴14上，安装在蜗杆轴7上的第一轴套8套在蜗杆轴7的后端，第一轴套8和蜗杆轴7之间为间隙配合，蜗杆轴7可在第一轴套8内转动，第一轴套8的外缘安装在整套机构的第一轴套安装座内，第一轴套8限定了蜗杆6的轴向移动。蜗轮9为圆柱齿形蜗轮，蜗轮9的材质为耐磨材料镍青铜QAl9-4，具有强度高、耐磨性好的特性。蜗轮9和蜗杆6的模数相同，保证二者之间相互啮合并实现平稳传动；蜗轮9的中间开有安装、固定蜗轮轴14的孔和键槽，蜗轮轴14穿过蜗轮9上的孔，蜗轮轴14和蜗轮9之间为过盈配合，并通过平键加强了连接；蜗轮轴14的前端和发动机通气阀阀芯连接，后端穿过第一轴套8和整套机构的外壳连接。第二轴套12套在蜗轮轴14的上部，第二轴套12和蜗轮轴14之间为过盈配合；第二轴套12随蜗轮轴的转动而转动，第二轴套12安装在整套机构外壳特定的安装座内，传感器组件3中的传感器检测探头10安装在第二轴套12上。

传感器组件3包括第一传感器板11、第二传感器板13和传感器检测探头10。第一传感器板11和第二传感器板13安装在整套机构的外壳上，第一传感器板11和第二传感器板13相互垂直，第一传感器板11和第二传感器板13具有采集传感器检测探头10的信号和将信号反馈给机载计算机的功能。传感器检测探头10安装在轴第二轴套12上，安装的初始位置应保证传感器检测探头10和第一传感器板11上检测器处于一条直线上；传感器检测探头10为接近传感器和角度传感器的组合，其中接近传感器用于配合第一传感器板11和第二传感器板13工作；角度传感器用于检测蜗轮轴14旋转的角度，进而得到发动机通气阀阀口开度的大小。

基于无人机发动机通气阀的非接触式控制机构，本实施例还提出一种控制方法，包括以下步骤：

(1)无人机飞行在一定高度后，发动机通气阀阀芯开度控制程序启动，首先判断电机是否处于初始位置，电机在初始位置时接近开关反馈给机载计算机的初始电压值为U₀，当前真实值为U，若U＝U₀则进入下一步骤，若U≠U₀，则驱动电机返回初始位置，重新判断是否满足U＝U₀。

(2)计算无人机当前飞行高度、飞行速度下对应的阀口开度β₀，β₀值的大小综合其飞行高度、飞行速度两个参数对发动机通气阀进气量的影响，计算出的β₀值能保证提供给当前条件下发动机正常工作的空气量。

(3)根据机载计算机计算出的通气阀阀口开度值β₀，对应蜗轮蜗杆执行机构的换算系数i，计算出电机减速器组件所需旋转的角度值α。

(4)在电机减速器组件旋转α度后，蜗杆带动蜗轮转动，安装在第二轴套上的角度传感器随蜗轮转动一个角度β，传感器将检测到的角度值β反馈给机载计算机。

(5)机载计算机接收到角度传感器的反馈值β后，将该值和步骤(2)中计算出的阀口开度值β₀进行比较，若β＝β₀，则判断阀口实际开口值和理论计算值相符合，当前开度下的通气阀进气量能满足发动机正常工作的需要；若β≠β₀，则机载计算机延迟1秒后，重新进入步骤(2)，再次执行上述步骤，直至满足β＝β₀条件，完成发动机通气阀阀口的开启。

(6)通气阀开启到最大开度时对应的接近开关反馈给机载计算机的电压值为U₁，当前通气阀阀口开度对应的电压值为U，若U≠U₁，则返回步骤(2)重复以上步骤，若U＝U₁，则说明通气阀阀口已经开启到最大限度，整个发动机通气阀阀芯开度控制程序结束。

Claims (2)

1.一种无人机发动机通气阀的非接触式控制机构，包括电机减速器组件、蜗轮蜗杆传动组件和传感器组件，其特征在于:所述电机减速器组件包括直流电机、行星减速器和安装法兰，所述蜗轮蜗杆传动组件包括联轴器、蜗杆、蜗杆轴、第一轴套、蜗轮、蜗轮轴和第二轴套，所述传感器组件包括第一传感器板、第二传感器板和传感器检测探头，所述安装法兰为正方形结构，靠近外缘四角有通孔，安装法兰的中间为圆形的凸台结构，且凸台上沿周向开有多个圆孔，直流电机输出轴和行星减速器输入轴配合连接，电机减速器组件通过安装法兰上圆孔、螺栓与机构壳体固连，电机减速器组件与蜗轮蜗杆传动组件通过安装法兰凸台上的孔、螺栓连接；

所述电机减速器组件的输出端和蜗杆轴连接，蜗轮蜗杆传动组件的输出端和通气阀阀芯连接，所述蜗杆轴前端和电机减速器组件的输出端通过联轴器连接，蜗杆嵌套在蜗杆轴上，蜗杆为右旋圆柱蜗杆，蜗杆和蜗杆轴为过盈配合；第一轴套嵌套在蜗杆轴的后端，第一轴套和蜗杆轴为间隙配合，第一轴套的外缘套在机构外壳体的第一轴套安装座内，第一轴套限定蜗杆的轴向移动；所述蜗轮和蜗杆相互啮合，蜗轮和蜗杆的模数相同，蜗轮轴穿过蜗轮中间的通孔并通过平键连接，第二轴套位于蜗轮轴的前端部，第二轴套和蜗轮轴为过盈配合，蜗轮轴前端和通气阀阀芯连接，蜗轮轴后端通过第一轴套和机构外壳连接；

所述第一传感器板和第二传感器板固定在机构外壳上，第一传感器板和第二传感器板所在的平面相互垂直，传感器检测探头位于第二轴套上，传感器检测探头初始位置向对第一传感器板，第一传感器板和第二传感器板用于采集传感器检测探头的信号并将信号反馈给机载计算机；

所述传感器检测探头为接近传感器和角度传感器组合，其中接近传感器与第一传感器板、第二传感器板配合，角度传感器用于检测蜗轮轴旋转的角度，得到发动机通气阀阀口开度的大小。

2.一种采用权利要求1所述的无人机发动机通气阀的非接触式控制机构的控制方法，其特征在于包括如下步骤:

步骤1.确定无人机飞行高度，发动机通气阀阀芯开度控制程序启动，先判断电机是否处于初始位置，电机在初始位置时接近开关反馈给机载计算机的初始电压值为U₀，当前真实值为U，若U＝U₀则进入下一步骤，若U≠U₀，则驱动电机返回初始位置，重新判断是否满足U＝U₀；

步骤2.计算无人机当前飞行高度、飞行速度下对应的阀口开度β₀，β₀值的大小综合其飞行高度、飞行速度两个参数对发动机通气阀进气量的影响，计算出的β₀值能保证提供给当前条件下发动机正常工作的空气量；

步骤3.根据机载计算机计算出的通气阀阀口开度值β₀，对应蜗轮蜗杆执行机构的换算系数i，计算出电机减速器组件所需旋转的角度值α；

步骤4.在电机减速器组件旋转α度后，蜗杆带动蜗轮转动，安装在第二轴套上的角度传感器随蜗轮转动一个角度β，传感器将检测到的角度值β反馈给机载计算机；

步骤5.机载计算机接收到角度传感器的反馈值β后，将该值和步骤2中计算出的阀口开度值β₀进行比较，若β＝β₀，则判断阀口实际开口值和理论计算值相符合，当前开度下的通气阀进气量能满足发动机正常工作的需要；若β≠β₀，则机载计算机延迟1秒后，重新进入步骤2，再次执行上述步骤，直至满足β＝β₀条件，完成发动机通气阀阀口的开启；

步骤6.通气阀开启到最大开度时对应的接近开关反馈给机载计算机的电压值为U₁，当前通气阀阀口开度对应的电压值为U，若U≠U₁，则返回步骤2重复以上步骤，若U＝U₁，则说明通气阀阀口已经开启到最大限度，发动机通气阀阀芯开度控制程序结束。