CN110979663A - 一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置及其控制方法，包括自驾仪，所述自驾仪的输入端与遥控器的输出端信号连接；所述自驾仪的输出端与方向舵机和升降舵机的输入端电连接；所述自驾仪的输出端与右襟翼舵机和左襟翼舵机的输入端电连接；所述自驾仪的输入端与电子陀螺仪的输出端电连接；所述自驾仪的输入端与倾角传感器的输出端电连接；所述自驾仪的输出端与电子调速器的输入端电连接，所述电子调速器电连接有备用电机，所述备用电机的输出轴固定连接有螺旋桨，本发明能够自动寻找进入上升气流，且能够自如切换自动飞行和遥控飞行的模式，具有高效便捷，使用方便的优点。

Description

一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及滑翔机控制技术领域，具体涉及一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置及其控制方法。

背景技术

所谓滑翔机是指无动力，没有螺旋桨，重于空气的固定翼航空器。初期进入空中是靠手抛、弹射、牵引等的手段。在无风情况下，滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力，这种损失高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中，滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高，通常称为翱翔。然后，通过地面的操作人员用遥控器对其进行操控，完成滑翔飞行；

滑翔飞行理想状态是滞留空中时间越长越好，即希望飞机能寻找到上升气流，但是上升气流只能感觉而看不到，这就给地面操作人员造成很大困难。

发明内容

针对目前上升气流只能感觉而看不到的问题，本发明提供了一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，本发明能够自动寻找进入上升气流，且能够自如切换自动飞行和遥控飞行的模式，高效便捷，使用方便的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括机体，所述机体设有机翼和折叠式螺旋桨，所述机体内部设有自驾仪、方向舵机、升降舵机、右襟翼舵机、左襟翼舵机、电子陀螺仪、倾角传感器、电子调速器和备用电机，所述备用电机的输出轴与折叠式螺旋桨固定连接，所述右襟翼舵机和左襟翼舵机分别设于左右机翼上，所述倾角传感器通过传感器固定支架固定连接于所述机体左右两侧的机翼上；

所述传感器固定架包括夹套，所述夹套内侧设有槽体，所述倾角传感器与所述槽体卡接，所述夹套外侧铰链连接有转动块，所述转动块设有第一紧固螺栓，所述第一紧固螺栓与所述机翼之间卡接有垫片，所述转动块固定连接有固定块，所述固定块的截面为L形，所述固定块设有第二紧固螺栓，所述第二紧固螺栓与所述机翼之间卡接有楔形块；

所述自驾仪的输入端与遥控器的输出端信号连接；

所述自驾仪的输出端与方向舵机和升降舵机的输入端电连接；

所述自驾仪的输出端与右襟翼舵机和左襟翼舵机的输入端电连接；

所述自驾仪的输入端与电子陀螺仪的输出端电连接；

所述自驾仪的输入端与倾角传感器的输出端电连接，所述自驾仪与所述倾角传感器之间还设有A/D转换器和信号处理器，所述信号处理器采用8486DX4处理器，所述A/D转换器为AD9224ARSZ转换器；

所述自驾仪的输出端与电子调速器的输入端电连接，所述电子调速器与备用电机电连接；

所述自驾仪包括通信设备、传感单元、DSP处理器、ARM处理器和输出单元，所述DSP处理器与所述通信设备、传感单元、输出单元和ARM处理器通过网络接口导线连接；

所述通信设备设有多个网络接口，所述网络接口分别与方向舵机、升降舵机、右襟翼舵机、左襟翼舵机、电子陀螺仪和电子调速器导线连接；

所述传感单元与所述倾角传感器信号连接。

进一步的，所述垫片与所述楔形块的材质均为橡胶。

进一步的，所述自驾仪包括处理模块、输入模块和输出模块，所述遥控器与所述输入模块信号连接，所述输入模块与处理模块信号连接，所述处理模块与所述输出模块信号连接。

进一步的，所述处理模块包括自动处理模块和手动处理模块，所述遥控器控制自动处理模块和手动处理模块相互切换。

进一步的，只有在滑翔机偏离或即将超出控制范围的情况，以及升空或返场的情况下才切换到手动处理模块。

进一步的，所述倾角传感器与所述输入模块信号连接，所述右襟翼舵机、左襟翼舵机和升降舵机与所述输出模块信号连接，倾角传感器能够检测滑翔机的机翼的倾角，并将信号通过输入模块传递给信息处理模块，信息处理模块处理倾角数据并通过自驾仪内部的计算机判断上升气流的方向，信息处理模块通过输出模块向右襟翼舵机、左襟翼舵机和升降舵机发送信号，从而控制滑翔机追逐上升气流。

进一步的，所述自动处理模块包括信息处理模块，所述倾角传感器与所述输入模块信号连接，所述输入模块与所述信息处理模块信号连接。

进一步的，所述信息处理模块与所述输出模块信号连接，所述输出模块与所述右襟翼舵机、左襟翼舵机和升降舵机信号连接。

进一步的，所述手动处理模块包括信号转接模块，所述信号转接模块与所述遥控器信号连接，所述信号转接模块通过输入模块与所述输出模块信号连接。

进一步的，所述升降舵机、方向舵机和滑翔机的机翼可根据其周围行上升气流的情况确定其安装方式或形状，目的是自动寻找并跟踪上升气流，使滑翔机滞留空时间更长。

一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一:将滑翔机带入空中，通过遥控器手动视距遥控滑翔机飞行一段滑翔飞行；

步骤二:在进入滑翔高度后，遥控器对滑翔机发送信号，将手动控制模块切换到自动控制模块；

步骤三：在滑翔过程中，如果滑翔机的左翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器就会感知这种状态的变化，向自驾仪发出信号，并通过自驾仪控制舵机使滑翔机向左前方飞行，进入左前方的上升气流空域；

或

如果滑翔机的右翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器同样会感知这种状态的变化，向自驾仪发出信号，并通过自驾仪控制舵机使滑翔机向右前方飞行，进入右前方的上升气流空域；如果机翼保持平衡状态，则自驾仪控制滑翔机直线向前飞行；

进一步的，飞行之前，对倾角传感器进行校准，使倾角传感器的基准面与地面平行，并设定自驾仪中风力倾角的阈值，飞行过程中，当倾角传感器检测到滑翔机的摆动的角度大于所述阈值，所述自驾仪则向方向舵机、升降舵机、右襟翼舵机和左襟翼舵机发送信号，从而改变滑翔机的飞行状态。

进一步的，步骤一中，将滑翔机带入空中的方式为地面牵引、空中牵引、手抛起飞、弹射起飞的一种；

或

将滑翔机带入空中的方式为地面牵引、空中牵引、手抛起飞、弹射起飞的一种与自行飞行相结合的方式；

所述自行飞行的过程为：遥控器发出信号，滑翔机的输入模块接收信号，信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器，电子调速器控制备用电机启动，备用电机驱动折叠式螺旋桨旋转。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明提供的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，通过倾角传感器、陀螺仪、左襟翼舵机、右襟翼舵机、方向舵机、升降舵机、遥控器的设置，使滑翔机在空中通陀螺仪感知滑翔机的飞行姿态，是其保持水平飞行，以获得最佳升力；再通过倾角传感器感知左前方或右前方的上升气流，及时控制滑翔机的左襟翼舵机、右襟翼舵机以及方向舵机，使其向左前方或右前方的上升气流中，使滑翔机自动进入翱翔过程，延长滑翔机滞空时间。

2.本发明提供的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，滑翔机的升降舵、方向舵、襟翼是根据其周围行上升气流的情况而定，从而便于自动寻找并跟踪上升气流，使滑翔机滞留空时间更长。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置的信号连接图；

图3是本发明的自驾仪的硬件连接图；

图4是本发明的自驾仪的模块连接图；

图5是本发明的传感器固定架的俯视图；

图6是本发明的传感器固定架的正视图；

图7是本发明的传感器固定架的侧视图。

图中：机体-1、机翼-2、折叠式螺旋桨-3、自驾仪-4、方向舵机-5、升降舵机-6、右襟翼舵机-7、左襟翼舵机-8、电子陀螺仪-9、倾角传感器-10、电子调速器-11、备用电机-12、传感器固定架-13、夹套-14、转动块-15、第一紧固螺栓-16、垫片-17、固定块-18、第二紧固螺栓-19、楔形块-20。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，包括机体1，机体1设有机翼2和折叠式螺旋桨3，机体1内部设有自驾仪4、方向舵机5、升降舵机6、右襟翼舵机7、左襟翼舵机8、电子陀螺仪9、倾角传感器10、电子调速器11和备用电机12，备用电机12的输出轴与折叠式螺旋桨3固定连接，右襟翼舵机7和左襟翼舵机8分别设于左右机翼2上，倾角传感器10通过传感器固定支架13固定连接于机体1左右两侧的机翼2上；

传感器固定架13包括夹套14，夹套14内侧设有槽体，倾角传感器10与槽体卡接，夹套14外侧铰链连接有转动块15，转动块15设有第一紧固螺栓16，第一紧固螺栓16与机翼2之间卡接有垫片17，转动块15固定连接有固定块18，固定块18的截面为L形，所述固定块18设有第二紧固螺栓19，第二紧固螺栓19与机翼2之间卡接有楔形块20，通过夹套14、转动块15和固定块18能够将倾角传感器10固定在机翼2上，且倾角传感器10与机翼2相贴合，能够较为精准的检测机翼2的倾角，且倾角传感器10的检测面垂直与地面，满足检测要求，转动块15与夹套14铰链连接使转动块15的角度能够随意调节，从而能够适应一般的滑翔机的机翼2；

自驾仪4的输入端与遥控器的输出端信号连接；

自驾仪4的输出端与方向舵机5和升降舵机6的输入端电连接；

自驾仪4的输出端与右襟翼舵机7和左襟翼舵机8的输入端电连接；

自驾仪4的输入端与电子陀螺仪9的输出端电连接；

自驾仪4的输入端与倾角传感器10的输出端电连接；

自驾仪4的输出端与电子调速器11的输入端电连接，电子调速器11与备用电机12电连接；

自驾仪4包括通信设备、传感单元、DSP处理器、ARM处理器和输出单元，DSP处理器与通信设备、传感单元、输出单元和ARM处理器通过网络接口导线连接；

通信设备设有多个网络接口，网络接口分别与方向舵机5、升降舵机6、右襟翼舵机7、左襟翼舵机8、电子陀螺仪9和电子调速器11导线连接；

传感单元与倾角传感器10信号连接。

垫片17与楔形块20的材质均为橡胶，能够防止机翼2的损伤，且能够增大机翼2与第一紧固螺栓16和第二紧固螺栓19与机翼2之间的摩擦力，且楔形块20的设置能够使固定块18与机翼2的弧度更为贴合。

自驾仪4包括处理模块、输入模块和输出模块，遥控器与输入模块信号连接，输入模块与处理模块信号连接，处理模块与输出模块信号连接。

处理模块包括自动处理模块和手动处理模块，遥控器控制自动处理模块和手动处理模块相互切换。

倾角传感器10与输入模块信号连接，右襟翼舵机7、左襟翼舵机8和升降舵机6与输出模块信号连接。

自动处理模块包括信息处理模块，倾角传感器10与输入模块信号连接，输入模块与信息处理模块信号连接。

信息处理模块与输出模块信号连接，输出模块与右襟翼舵机7、左襟翼舵机8和升降舵机6信号连接。

手动处理模块包括信号转接模块，信号转接模块与遥控器信号连接，信号转接模块通过输入模块与输出模块信号连接。

如图1-图4所示：

实施例1：

滑翔机起飞时：

将滑翔机通过空中牵引的方式带入空中，此时滑翔机采用的为手动处理模块，通过遥控器向滑翔机发出启动电机的信号，滑翔机通过自驾仪4的输入模块接收信号，并通过信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器11，电子调速器11控制备用电机12启动，备用电机12驱动折叠式螺旋桨3旋转，从而使滑翔机的高度上升到适合滑翔的高度，然后通过遥控器将手动处理模块切换为自动处理模块。

实施例2：

滑翔机起飞时：

将滑翔机通过地面牵引的方式带入空中，此时滑翔机采用的为手动处理模块，通过遥控器向滑翔机发出启动电机的信号，滑翔机通过自驾仪4的输入模块接收信号，并通过信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器11，电子调速器11控制备用电机12启动，备用电机12驱动折叠式螺旋桨3旋转，从而使滑翔机的高度上升到适合滑翔的高度，然后通过遥控器将手动处理模块切换为自动处理模块。

实施例3：

滑翔机起飞时：

将滑翔机通过弹射起飞的方式带入空中，此时滑翔机采用的为手动处理模块，通过遥控器向滑翔机发出启动电机的信号，滑翔机通过自驾仪4的输入模块接收信号，并通过信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器11，电子调速器11控制备用电机12启动，备用电机12驱动折叠式螺旋桨3旋转，从而使滑翔机的高度上升到适合滑翔的高度，然后通过遥控器将手动处理模块切换为自动处理模块。

实施例4：

滑翔机起飞时：

将滑翔机通过手抛起飞的方式带入空中，此时滑翔机采用的为手动处理模块，通过遥控器向滑翔机发出启动电机的信号，滑翔机通过自驾仪4的输入模块接收信号，并通过信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器11，电子调速器11控制备用电机12启动，备用电机12驱动折叠式螺旋桨3旋转，从而使滑翔机的高度上升到适合滑翔的高度，然后通过遥控器将手动处理模块切换为自动处理模块。

实施例5：

滑翔机起飞时：

将滑翔机通过地面牵引的方式带入空中，从而使滑翔机的高度上升到适合滑翔的高度，然后通过遥控器将手动处理模块切换为自动处理模块。

实施例6：

滑翔机在空中作业时：

在滑翔过程中，倾角传感器10能够检测滑翔机的机翼2的倾角，并将信号通过输入模块传递给信息处理模块，信息处理模块处理倾角数据并通过自驾仪4内部的计算机判断上升气流的方向，如果滑翔机的左翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器10就会感知这种状态的变化，自驾仪4的信息处理模块通过输出模块向右襟翼舵机7、左襟翼舵机8和升降舵机6发送信号，控制舵机使滑翔机向左前方飞行，进入左前方的上升气流空域；如果滑翔机的右翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器10同样会感知这种状态的变化，向自驾仪4发出信号，自驾仪4的信息处理模块通过输出模块向右襟翼舵机7、左襟翼舵机8和升降舵机6发送信号，控制舵机使滑翔机向右前方飞行，进入右前方的上升气流空域；如果机翼2保持平衡状态，则自驾仪4控制滑翔机直线向前飞行。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：包括机体(1)，所述机体(1)设有机翼(2)和折叠式螺旋桨(3)，所述机体(1)内部设有自驾仪(4)、方向舵机(5)、升降舵机(6)、右襟翼舵机(7)、左襟翼舵机(8)、电子陀螺仪(9)、倾角传感器(10)、电子调速器(11)和备用电机(12)，所述备用电机(12)的输出轴与折叠式螺旋桨(3)固定连接，所述右襟翼舵机(7)和左襟翼舵机(8)分别设于左右机翼(2)上，所述倾角传感器(10)通过传感器固定支架(13)固定连接于所述机体(1)左右两侧的机翼(2)上；

所述传感器固定架(13)包括夹套(14)，所述夹套(14)内侧设有槽体，所述倾角传感器(10)与所述槽体卡接，所述夹套(14)外侧铰链连接有转动块(15)，所述转动块(15)设有第一紧固螺栓(16)，所述第一紧固螺栓(16)与所述机翼(2)之间卡接有垫片(17)，所述转动块(15)固定连接有固定块(18)，所述固定块(18)的截面为L形，所述固定块(18)设有第二紧固螺栓(19)，所述第二紧固螺栓(19)与所述机翼(2)之间卡接有楔形块(20)；

所述自驾仪(4)的输入端与遥控器的输出端信号连接；

所述自驾仪(4)的输出端与方向舵机(5)和升降舵机(6)的输入端电连接；

所述自驾仪(4)的输出端与右襟翼舵机(7)和左襟翼舵机(8)的输入端电连接；

所述自驾仪(4)的输入端与电子陀螺仪(9)的输出端电连接；

所述自驾仪(4)的输入端与倾角传感器(10)的输出端电连接；

所述自驾仪(4)的输出端与电子调速器(11)的输入端电连接，所述电子调速器(11)与备用电机(12)电连接；

所述自驾仪(4)包括通信设备、传感单元、DSP处理器、ARM处理器和输出单元，所述DSP处理器与所述通信设备、传感单元、输出单元和ARM处理器通过网络接口导线连接；

所述通信设备设有多个网络接口，所述网络接口分别与方向舵机(5)、升降舵机(6)、右襟翼舵机(7)、左襟翼舵机(8)、电子陀螺仪(9)和电子调速器(11)导线连接；

所述传感单元与所述倾角传感器(10)信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述垫片(17)与所述楔形块(20)的材质均为橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述自驾仪(4)包括处理模块、输入模块和输出模块，所述遥控器与所述输入模块信号连接，所述输入模块与处理模块信号连接，所述处理模块与所述输出模块信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述处理模块包括自动处理模块和手动处理模块，所述遥控器控制自动处理模块和手动处理模块相互切换。

5.根据权利要求3所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述倾角传感器(10)与所述输入模块信号连接，所述右襟翼舵机(7)、左襟翼舵机(8)和升降舵机(6)与所述输出模块信号连接。

6.根据权利要求4所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述自动处理模块包括信息处理模块，所述倾角传感器(10)与所述输入模块信号连接，所述输入模块与所述信息处理模块信号连接。

7.根据权利要求6所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述信息处理模块与所述输出模块信号连接，所述输出模块与所述右襟翼舵机(7)、左襟翼舵机(8)和升降舵机(6)信号连接。

8.根据权利要求4所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置，其特征在于：所述手动处理模块包括信号转接模块，所述信号转接模块与所述遥控器信号连接，所述信号转接模块通过输入模块与所述输出模块信号连接。

9.控制根据权利要求1-8任意所述的一种滑翔机自动寻找上升气流控制装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一:将滑翔机带入空中，通过遥控器手动视距遥控滑翔机飞行一段滑翔飞行；

步骤二:在进入滑翔高度后，遥控器对滑翔机发送信号，将手动控制模块切换到自动控制模块；

步骤三：在滑翔过程中，如果滑翔机的左翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器(10)就会感知这种状态的变化，向自驾仪(4)发出信号，并通过自驾仪(4)控制舵机使滑翔机向左前方飞行，进入左前方的上升气流空域；

或

如果滑翔机的右翼突然抬高，使机身失去水平状态，倾角传感器(10)同样会感知这种状态的变化，向自驾仪(4)发出信号，并通过自驾仪(4)控制舵机使滑翔机向右前方飞行，进入右前方的上升气流空域；如果机翼保持平衡状态，则自驾仪(4)控制滑翔机直线向前飞行。

10.根据权利要求9所述的滑翔机自动寻找上升气流控制装置的控制方法，其特征在于：步骤一中，将滑翔机带入空中的方式为地面牵引、空中牵引、手抛起飞、弹射起飞的一种；

或

将滑翔机带入空中的方式为地面牵引、空中牵引、手抛起飞、弹射起飞的一种与自行飞行相结合的方式；

所述自行飞行的过程为：遥控器发出信号，滑翔机的输入模块接收信号，信号转接模块将信号转接给输出模块，输出模块将信号发送给电子调速器(11)，电子调速器(11)控制备用电机(12)启动，备用电机(12)驱动折叠式螺旋桨(3)旋转。

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