CN111033417A

CN111033417A - 用于具有垂直起飞和着陆以及前向飞行能力的航空器的解耦手控

Info

Publication number: CN111033417A
Application number: CN201880056351.0A
Authority: CN
Inventors: A.D.塞尔瓦; T.赖克特; M.J.卡特勒
Original assignee: Kitty Hawk Corp
Current assignee: Kitty Hawk Corp
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: NZ778089A; US10144504B1; EP3676679A4; US11919621B2; US20240166336A1; EP3676679A1; NZ761084A; CN111033417B; EP3676679B1; WO2019045864A1; US20190071167A1; US20210339848A1; US11104419B2

Abstract

用于航空器的手控，包括单轴手控，所述单轴手控被配置成控制航空器沿着垂直轴的移动，其中所述航空器包括以固定位置被附连到航空器的多个转子，并且所述多个转子独立于彼此地旋转。所述手控此外包括三轴手控，所述三轴手控被配置成控制航空器在由滚动轴和俯仰轴所限定的平面内、以及绕偏航轴的移动。

Description

用于具有垂直起飞和着陆以及前向飞行能力的航空器的解耦手控

背景技术

考虑到新的应用和/或新用户群组，正在开发新类型的航空器。例如，这样的航空器可以用于个人运输、拼车和/或娱乐性使用。在所有这些场景中，如果新的手控和/或任何后续的处理使得飞行经历更容易和/或更直观（尤其是对于业余爱好者或初学者用户而言），则它将会是有帮助的。这将会例如准许用户在没有昂贵、不便利和/或耗时的飞行指令的情况下更容易地使航空器飞行。

附图说明

在以下详细描述和附图中公开本发明的各种实施例。

图1是图解，其图示了多轴直升机中的旋转的转子方向的实施例。

图2是图解，其图示了多轴直升机中的转子的固定倾斜位置的实施例。

图3是图解，其图示了包括拇指旋轮和指尖操纵杆的驾驶舱的内部的实施例。

图4是图解，其图示了拇指旋轮以及响应于拇指旋轮的多轴直升机的对应移动的实施例。

图5A是图解，其图示了指尖操纵杆以及响应于指尖操纵杆的多轴直升机的对应移动的实施例。

图5B是图解，其图示了与指尖操纵杆相关联的尺度（dimension）的实施例。

图6是图解，其图示了基于高度所设置的最大速度的实施例。

图7示出了流程图，其图示了用于至少部分地基于高度来设置最大速度的过程的实施例。

图8是图解，其图示了响应于突然改变的手控信号的减慢的速度的实施例。

图9是流程图，其图示了具有响应于突然改变的手控信号的减慢的速度响应的过程的实施例。

图10是图解，其图示了一致的速度响应的实施例。

图11是流程图，其图示了具有一致的速度响应的过程的实施例。

图12是图解，其图示了通过使用至少部分地基于前向速度的俯仰角偏移而被调整的俯仰角的实施例。

图13是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于前向速度的偏移来调整俯仰角的过程的实施例。

图14是图解，其图示了通过使用至少部分地基于滚动角和前向速度的偏移而被调整的偏航率的实施例。

图15是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于滚动角和前向速度的偏航率偏移来调整偏航率的过程的实施例。

图16是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于偏航率和前向速度的滚动角偏移来调整滚动角的过程的实施例。

具体实施方式

本发明可以用许多方式来被实现，包括被实现为过程；装置；系统；物质的组成；在计算机可读存储介质上包含的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行在耦合到处理器的存储器上所存储的和/或由该存储器所提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实现方式、或本发明可以采取的任何其它形式可以被称为技术。通常，所公开的过程的步骤的次序可以在本发明的范围内变更。除非另行声明，否则诸如被描述为被配置成执行任务的处理器或存储器之类的部件可以被实现为在给定时间临时被配置成执行该任务的通用部件或被制造成执行该任务的特定部件。如本文中所使用的，术语“处理器”是指被配置成处理数据（诸如计算机程序指令）的一个或多个设备、电路和/或处理核。

本发明的一个或多个实施例的详细描述在以下连同图示发明原理的附图一起被提供。结合这样的实施例来描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。仅仅通过权利要求来限制本发明的范围，并且本发明涵盖众多替换方案、修改和等同物。在以下描述中阐明众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。这些细节被提供用于示例的目的，并且本发明可以根据权利要求、在没有这些特定细节中一些或全部的情况下被实践。为了清楚的目的，在与本发明有关的技术领域中已知的技术材料没有被详细描述以便不会不必要地使本发明模糊。

在本文中描述了航空器中的手控和/或在来自这样的手控的输入上所执行的处理的各种实施例。在一些实施例中，存在单轴手控以及三轴手控，所述单轴手控被配置成控制航空器沿着垂直轴的移动（其中航空器包括以固定位置被附连到航空器的多个转子，并且所述多个转子独立于彼此地旋转），所述三轴手控被配置成控制航空器在由滚动轴和俯仰轴所限定的平面内的移动，及其绕偏航轴的旋转。首先，描述了可以包括这样的手控和/或处理的示例性航空器。然后，描述了使得飞行示例性航空器更容易和/或更直观的一些示例性手控和/或处理。

图1是图解，其图示了多轴直升机中的旋转的转子方向的实施例。在此示例中，示出了具有10个转子的多轴直升机，其中在多轴直升机的左（左舷）侧和右（右舷）侧上各自具有5个转子。内转子101、103、105、106、108和110与机身（100）相邻定位。外转子102、104、107和109通过内转子而与机身（100）分离。此处所示的转子的布置有时被称为宽跨度转子配置。在一些实施例中，多轴直升机重250磅或更少。这样的多轴直升机在联邦航空调控指南下可以限定为超轻型航空器。

在此示例中，内转子（101、103、105、106、108和110）与它们近邻或相邻的（多个）内转子重叠。例如，内转子106与内转子108重叠（并且在内转子108下方旋转），所述内转子108继而与内转子110重叠（并且在内转子110下方旋转）。类似地，在另一侧上，内转子105与内转子103重叠（并且在内转子103下方旋转），所述内转子103继而与内转子101重叠（并且在内转子101下方旋转）。如将在下文中更详细地描述的，为了实现所示出的重叠，在此示例中，转子以各种角度倾斜，和/或被安置在不同的高度处。

在一些实施例中，使内转子与彼此重叠（其中一个示例在此处被示出）是有吸引力的，因为它与如果内转子不重叠相比准许多轴直升机的更小的、更紧凑的占位空间。更小的占位空间可以是合期望的，因为多轴直升机为了运输或当被停放的时候占据较少的空间，和/或当起飞或着陆的时候需要较小的安全区。而且，在较小机身的情况下，重量可减小，这是合期望的，因为需要较小的功率来使航空器飞行和/或范围可以被扩展。在重叠转子情况下的折衷是它们可空气动力学地干扰彼此（例如来自一个转子的气流干扰另一转子），但是考虑到较小占位空间的益处，此影响可相对小和/或可接受。例如，在此处所示的内转子之间的重叠相对小，并且因此干扰可以是可忽略的。

在一些实施例中，多轴直升机被定大小使得它可适合于拖车中或平板车上并且被拖曳。例如，因为翼展比多轴直升机的头至尾长度更宽，所以示例性的多轴直升机可适合于所围封的拖车中或开放的平板车拖车侧道上。通过使内转子重叠，这使得更容易使多轴直升机适合于标准大小的拖车中。

出于多种原因，使用如此处所示出的十个转子可以是有吸引力的。例如，十个转子使所期望的总体大小（例如对于使多轴直升机适合于标准宽度拖车中或其上的期望）内的多轴直升机的盘面积最大化。使用十个转子还有助于冗余性，因为即使存在转子故障，它准许多轴直升机维持飞行并且可能地允许某种程度的飞行精度。注意到，转子故障可能需要功率被切向与出故障的转子相对的转子，以用于对称性以及易于飞行。

在此示例中，外转子不与其相邻或近邻的内转子重叠。例如，外转子109（102）不与内转子110（101）、也不与内转子108（103）重叠。类似地，外转子107（104）不与内转子108（103）、也不与内转子106（105）重叠。然而，外转子确实与彼此重叠（例如外转子109（102）与外转子107（104）重叠）。在外转子与相邻的内转子之间具有某种分离（即无重叠）可以是合期望的，因为外转子更易受较大的振动和/或弹跳。例如，因为外转子位于从机身向外扩展的臂的远端处，所以与内转子将会的相比，外转子将振动或向上和向下弹跳得更多。内转子还被安装到浮筒（float）（例如其从前向后延伸），所述浮筒进一步抑制任何振动或弹跳，而外转子不被安装到浮筒。外转子的此较大的垂直位移可使得内转子和外转子碰撞，其可损坏转子。为了避免这个，在此配置中，在外转子与内转子之间不存在重叠。尽管在此处没有被示出，但是在一些实施例中，给定侧上的两个外转子（例如转子107和转子109、或转子104和转子102）出于此原因（例如为了避免潜在的碰撞）而不重叠。

外转子的位置或安置被选择成使得外转子相当高效地和/或紧密地被封装在两个相邻的内转子近旁。例如，外转子109处在通过内转子110和内转子108所创建的“V”中。此布置以高效和/或紧密的方式来封装转子，所述方式继而减小多轴直升机的占位空间。

此图解还图示了各种转子的旋转的方向。在此示例中，当从上方查看的时候，转子103、104、106、109和110以顺时针方向旋转。当从上方查看的时候，转子101、102、105、107和108以逆时针方向旋转。或者，换言之，转子101、102、105、106、109和110朝向机身旋转，并且转子103、104、107和108远离机身地旋转。

注意到，特定列中（例如从多轴直升机的前方去往多轴直升机的后方）的所有转子具有交替的旋转方向。例如，在所示出的最左列中，转子109和转子107具有交替的旋转方向。类似地，在自左起的第二列中，转子110以顺时针方向旋转，转子108以逆时针方向旋转，并且转子106以顺时针方向旋转。旋转方向的此交替可使得多轴直升机能够更高效地飞行。（评注：这也许看似有点不清楚：）转子叶片所产生的提升与即将到来的气流速度成比例。如果载具在移动，则转子叶片将在它们旋转时看到不同的气流速度。当对着风向行进的时候，这将产生较多的提升，并且当它们以风向自旋的时候将产生较少的提升。通过将交替的转子在飞行的方向（例如通常前向）中一个接一个地堆叠起来，多轴直升机可经历一致量的提升，和/或减小所减小的提升的间隔。

表1：图1中所示出的示例性转子的旋转方向。

此处所示出的旋转方向基于多种因素来被选择。在一些实施例中，航空器上（例如在其中机身100充当对称轴的情况下）与彼此相对的转子可以在相反的方向中旋转以平衡转矩。例如，转子101和转子110与彼此相对，并且在相反的方向上旋转以对销其它的转矩。

为了图示当转子开启时由转子所占据的区域，转子在此处被示出为圆圈，并且叶片的数目没有被示出。在一些实施例中，转子具有两个叶片，并且转子具有~50英寸的直径。此大小的直径可以对应于在所期望的多轴直升机尺度（例如适合于标准大小的拖车中）的约束内对于10个转子配置而言可能的最大直径。

描述可以如何飞行示例性的多轴直升机可以是有帮助的，其以飞行员如何进入到多轴直升机中开始。在一些情况中，多轴直升机将浮在水上，并且飞行员将在需要时通过在多轴直升机的臂、浮筒和/或机身上行走而进入到机身中的座位中。在这时候，转子将是静止的，并且飞行员在进入到多轴直升机中的时候将不处于来自转子的危险中。

一旦在多轴直升机中，飞行员就可以决定将多轴直升机操纵（例如当浮在水上的时候）远离登机点，去往远离旁观者和/或其它多轴直升机的某个起飞位置。在一些实施例中，为了这样做，仅有内中转子被开启并且用于将多轴直升机调动到所期望的起飞位置。例如，因为转子103和转子108被其它转子屏蔽，所以对于那些转子而言将更难以击中任何旁观者，即使它们是开启的。在一些实施例中，仅有转子103和108（即未暴露的转子）用于将多轴直升机四处调动以保护旁观者。替换地，外转子（102、104、107和109）可以被关断，并且在一些实施例中仅仅使用内转子（101、103、105、106、108和110）来当在水上的时候调动航空器。尽管这可能造成更多的风险，但是通过使用更多转子来调动航空器可以是更容易和/或更高效的。在一些实施例中，多轴直升机具有转轮，并且多轴直升机能够以此方式在地上调动（例如为了安全仅仅使用经屏蔽的转子或内转子）。

一旦多轴直升机抵达所期望的起飞位置，多轴直升机就执行大体上垂直的起飞。一旦抵达了所期望的高度，飞行员就可以（例如当在相同高度处停悬的时候）使多轴直升机绕垂直或偏航轴（没有在此处被示出）旋转，使得多轴直升机面向或指向某些所期望的方向（例如朝向所期望的目的地）。多轴直升机然后向前飞行，维持恒定的高度，直到多轴直升机靠近所期望的着陆地点（例如在水上或在陆地上）为止。飞行员可以减慢多轴直升机的前向移动，到达一般在所期望的着陆地点上方的前向停止，而同时仍停悬并且维持恒定的高度。多轴直升机然后垂直下降。如果需要的话，飞行员可以停止垂直下降并且（如果期望的话）使多轴直升机横向地向左或向右移动（例如同时维持恒定的高度），以便避免地上的对象和/或更好地将多轴直升机对准在所期望的着陆地点之上。类似地，在垂直着陆期间，飞行员可停止垂直下降，并且（如果期望的话）使多轴直升机绕垂直或偏航轴旋转，使得多轴直升机面向某个所期望的方向，和/或使得更容易向左或向右移位以便着陆在所期望的着陆地点上。

转子中的每一个以固定的方式被附连到示例性多轴直升机，其具有某个固定的滚动角和固定的俯仰角。以下的图示出了对此的示例。

图2是图解，其图示了多轴直升机中的转子的固定倾斜位置的实施例。在此示例中，每个转子的倾斜位置通过使用两个角度来被描述：滚动角和俯仰角。滚动角通过有时被称为x轴的滚动轴（220）来被限定，其中正的滚动角遵循右手旋转方向（参见例如绕滚动轴220的弯曲箭头），并且负的滚动角在相反的方向上。类似地，针对每个转子的俯仰角通过有时被称为y轴的俯仰轴（222）来被限定，其中正的俯仰角遵循右手旋转方向（参见例如绕俯仰轴220的弯曲箭头），并且负的俯仰角在相反的方向上。

下面的表列出了在此示例中针对每个转子的滚动角和俯仰角。注意到，相对的转子（例如其中机身充当对称轴）具有带相同的量值但是相反的符号的滚动角（例如转子210具有-3°的滚动角并且转子201具有3°的滚动角），以及相同的俯仰角（例如转子210和转子201两者具有0°的俯仰角）。一般而言，滚动角和俯仰角具有在0度和10度的范围内的量值。

表2：图2中所示出的示例性转子的倾斜位置。

为了便利，在每个转子之上示出了箭头，其给出了每个转子的倾斜位置的一般和粗略感觉。例如，如果每个转子概念性地被认为是平面，则被安置在那个平面上的假想球将（例如一般地或粗略地）在所示出的箭头的方向中滚动。一般而言，所有转子轻微地向前倾斜，其中内中转子（203和208）更是如此。

存在与在此示例中所示出的倾斜位置相关联的多个益处。首先，所有转子具有轻微（例如~5度）的前向偏置，使得当航空器向前飞行的时候，航空器的主体保持拉平（level）。而且，转子角的倾斜位置被选择以最大化航空器偏航的能力，而同时最小化丢失任何单个转子的影响。转子倾斜得越多，当它被加速或减速的时候它越多地贡献于使载具偏航。

转子以固定的方式、在所示出的滚动角和俯仰角下被安装到多轴直升机（例如更具体地，对于内转子而言被安装到浮筒，并且对于外转子而言被安装到臂）。换言之，转子不能从所示出的位置改变其倾斜位置。为了调动，每个转子独立地可控制（例如不同量的转矩可以被施加到每个转子），使得每个转子能以不同的速度旋转或输出不同量的推力。

此处所示出的各种倾斜位置使得多轴直升机与某些其它多轴直升机设计相比能够更高效地调动。例如，考虑另一多轴直升机，其中转子仅仅向前或向后倾斜到某个程度（即所有的转子具有0°的滚动角）。为了向侧面（例如向左或向右）移动，这样的多轴直升机可能必须花费更多的功率，因为转子中没有任何一个具有将有助于把多轴直升机横向移动向左或向右的非零滚动角。相比之下，此处所示出的多轴直升机可以用更高效的方式向侧面移动，因为转子具有非零滚动角。例如，为了横向移动向右，更多的转矩将被施加到转子206-209，其将会产生推力差并且将多轴直升机移动向右。因为转子206-209具有正的滚动角（例如那些转子的顶部向内倾斜朝向机身），所以其总推力中的一些变成横向推力，并且一些变成垂直推力。也就是说，与具有0滚动角的转子相比，转子206-209的正滚动角更高效地生成横向推力以及向右的移动。

以下的图描述了上述示例性多轴直升机的驾驶舱的内部。

图3是图解，其图示了包括拇指旋轮和指尖操纵杆的驾驶舱的内部的实施例。在所示出的示例中，示出了驾驶舱的剖面视图，其看向多轴直升机的前方。为了提供上下文，标注了挡风玻璃（300）、座位（302）、左扶手（304）、右扶手（306）以及踏脚（308）。

在此示例中，飞行员的左手控制单轴拇指旋轮（310）。拇指旋轮（310）被安装到（左）手柄312、在手柄的侧边或表面上，面对驾驶舱。

拇指旋轮（310）被附连到的垂直（例如柱状）手柄（312）可以用各种方式被使用。例如，当离开多轴直升机的时候，飞行员可以抓住手柄以将他们自己从座位中拉出来。或者，在飞行期间，飞行员可以抓住手柄以支撑他们自己。为了将手柄紧固地附连到多轴直升机，此示例中的手柄从左扶手（304）向上延伸到驾驶舱内部的下侧。这将手柄在手柄的两端处紧固地锚定到多轴直升机。

飞行员的右手控制三轴指尖操纵杆（314）。指尖操纵杆提供指尖控制并且一般更小，并且与手控的操纵杆（例如其中飞行员的手将会环绕手控的操纵杆）相比提供更小的阻力。

在一些实施例中，手控（例如拇指旋轮310和/或指尖操纵杆314）具有多个传感器和多条线。尽管飞行计算机可能不一定能够确定在传感器或线故障的情况中哪个传感器或线出了故障，但是多轴直升机将至少能够检测到已经发生了故障（其优于完全不能检测故障，完全不能检测故障是在单个传感器和单条线下的情况）。

在此示例中，驾驶舱是相对窄的驾驶舱（例如驾驶舱的宽度大体上是座位的宽度，诸如在座位的任一端上±3英寸），其意味着飞行员进入和离开驾驶舱的能力是具有某种考虑的。对于此示例的一个益处是手控的相对小的尺寸和外围安置（例如靠近于驾驶舱的壁）实现进和出驾驶舱的容易的访问。相比之下，大的手控和/或被安装在或处于驾驶舱的中间（例如从地板上来或出自前壁）的手控还将会使得进入和离开单座位驾驶舱更难。对于此处所示出的配置的有关益处是：驾驶员当落座在多轴直升机中的时候或当进入或出去的时候可不同样多地担心意外地推撞拇指旋轮或指尖操纵杆。虽然此处所示出的多轴直升机和驾驶舱示例示出了单座位驾驶舱，但是示例性的拇指旋轮和指尖操纵杆在其它窄驾驶舱中也将会是有用的，所述窄驾驶舱诸如串列式、两座位驾驶舱，其中驾驶舱的宽度大体上与座位的宽度相同（例如±3英寸）。

以下的各图更详细地描述了示例性的拇指旋轮和指尖操纵杆。

图4是图解，其图示了拇指旋轮以及响应于拇指旋轮的多轴直升机的对应移动的实施例。图解400示出了拇指旋轮（402）（例如，如它将会被装配到手柄）的侧视图，所述拇指旋轮（402）可被飞行员的左拇指上推（404）或下推（406）。在此示例中，拇指旋轮是弹簧对中的，使得如果飞行员释放拇指旋轮，则拇指旋轮返回到此处所示出的居中的位置。

图解420示出了多轴直升机响应于拇指旋轮的移动。为了清楚和容易说明，假定在以下的解释期间不触碰指尖操纵杆（例如图3中的314）（例如指尖操纵杆还是弹簧对中的，使得多轴直升机不在x-y或滚动-俯仰平面内前-后或横向地左-右移动）。当拇指旋轮被上推（422）的时候，多轴直升机沿着垂直轴上升或以其它方式向上移动（422）。相反，当拇指旋轮被下推（424）的时候，多轴直升机沿着垂直轴下降或以其它方式向下移动（424）。

一般而言，多轴直升机沿着垂直轴向上或向下移动所处的速度对应于拇指旋轮所经历的位移的程度或量。例如，如果拇指旋轮仅仅被上推到一半，则多轴直升机将以比如果拇指旋轮被一直向上推更慢的速度向上飞行。

图解440示出了与示例性的拇指旋轮相关联的感兴趣的某些尺度。在左侧，示出了调整片（442）的高度，其中那个尺度从手柄（444）的表面延伸到调整片（446）的尖端。在右侧，示出了面板（450），其中面板（452）的高度是较长的尺度，并且面板（454）的宽度是较短的尺度。在此示例中，那些尺度具有以下范围：

表3：示例性的拇指旋轮尺度范围。

在一个特定的示例中，拇指旋轮是来自APEM的具有调整片的TW系列霍尔效应拇指旋轮。此拇指旋轮是低剖面拇指旋轮，其中调整片（422）的高度是~16.10mm（~0.63英寸）高，面板（452）的高度是~38.80mm（~1.53英寸）高，并且面板（454）的宽度是~18.03mm（~0.71英寸）宽。

在一些实施例中，使用某种其它类型的手控，诸如两个按钮：一个用于向上，并且一个用于向下，其中该两个按钮互斥（即它们不能同时被按压），其中当没有被按压的时候弹簧将按钮返回到“外出”位置。虽然利用两按钮配置不可控制航空器的垂直速度（例如由于按钮不度量位移，仅仅度量它们是否被按压），但是它可以是合期望的，因为它是更好地适合用于无经验飞行员的更简单的配置。例如，在向上按钮或向下按钮被按压的时候的垂直速度可以被设置成某个相对慢的速度，其可防止事故（例如去得太快并且撞到某物）或其中用户受惊的情形（例如，或者用户的手指滑动，并且多轴直升机猛拉或比用户舒适的更快地上升/下降）。

图5A是图解，其图示了指尖操纵杆以及响应于指尖操纵杆的多轴直升机的对应移动的实施例。图解500示出了指尖操纵杆（502）的顶视图，所述指尖操纵杆（502）可以通过使用飞行员（右）手的手指和/或指尖来被控制。如上所述，操纵杆是三轴操纵杆。第一轴是垂直（例如偏航）轴，其从操纵杆的顶部向上延伸，其中操纵杆的旋钮或尖端可以按顺时针（504）方向或逆时针（506）方向绕此轴扭转。在一个示例中，沿着此轴所接收的输入是以角度的形式（例如旋钮相对于居中的位置扭转了多少），并且可以是正值或负值（例如z落在[-180°,180°]内）。

操纵杆还接收与两个其它轴相关的信息：x（例如滚动）轴和y（例如俯仰）轴，其通过在任何方向上和/或在任何程度上推动操纵杆。在一个示例中，沿着这两个轴、以位移（例如相对于居中位置）的形式接收两个（例如独立）输入，其可以是正的或负的（例如x落在[-10,10]内，并且y落在[-10, 10]内）。

图解520示出了多轴直升机响应于操纵杆的移动。如先前那样，假定在以下的解释期间不触碰拇指旋轮（例如图3中的310），使得多轴直升机维持恒定的高度。一般而言，操纵杆控制多轴直升机在通过滚动轴和俯仰轴所形成的或以其它方式所限定的平面内的移动。顺时针（504）转动操纵杆的可扭转的旋钮使得多轴直升机绕垂直或偏航轴（没有被示出）在顺时针方向（522）上对应地旋转。类似地，在指尖操纵杆上逆时针（506）转动可扭转的旋钮使得多轴直升机也在逆时针方向（524）上旋转。偏航轴有时被称为z轴。一般而言，通过可扭转的旋钮的位移（例如角位移）的程度或量影响多轴直升机旋转所用的角速度（例如更多地转动旋钮使得多轴直升机更快地旋转）。

在图解520中，示出了多轴直升机响应于图解500中的操纵杆的倾斜（例如其将会生成沿着x轴和y轴的输入）的对应移动。向前（512）倾斜操纵杆使得多轴直升机向前飞行（526），并且向后（514）倾斜操纵杆使得多轴直升机向后飞行（528）。类似地，向右（510）倾斜操纵杆将使得多轴直升机向右（530）飞行，并且向左（508）倾斜操纵杆将使得多轴直升机向左（532）飞行。使操纵杆倾斜或指向其中存在某个x分量和某个y分量的其它方向（例如向右前方倾斜操纵杆）将导致多轴直升机的对应移动（例如多轴直升机将在该平面内向右前方飞行）。如先前那样，位移的程度或量导致对应方向中的更快或更慢的移动。

图5B是图解，其图示了与指尖操纵杆相关联的尺度的实施例。在此示例中，指尖操纵杆具有旋钮（540），其中旋钮（542）的高度从扶手（544）的表面延伸到旋钮（540）的顶部。指尖操纵杆还具有方形的面板（550）。长度552示出了方形面板的一边的长度。在此示例中，那些尺度具有以下范围：

表4：示例指尖操纵杆尺度范围。

在一个特定的示例中，指尖操纵杆是来自APEM的具有三个轴和低剖面的HF系列霍尔效应操纵杆。此指尖操纵杆是低剖面操纵杆，其具有~69.95mm（~2.75英寸）的旋钮高度（542），以及具有~48.26mm（~1.90英寸）的长度的面板边（552）。

在一些实施例中，使用某种其它类型的三轴手控，诸如全尺寸操纵杆。

注意到，如果飞行员释放拇指旋轮（例如图4中所示出的）以及指尖操纵杆（例如图5A和5B中所示出的）两者，则弹簧居中将使得两个手控返回到中性或居中的位置。这对应于多轴直升机逐渐地来到停止处并且停悬在恒定或稳定的位置处。这是要有的良好安全特征，因为如果（作为示例）飞行员恐慌或失去知觉，则多轴直升机将不以不受控的方式飞走。

对于上述手控的一个益处是它们提供对载具的直观控制。如图4中所述的，飞行员对拇指旋轮的操控（例如向上或向下）模仿多轴直升机的对应移动（例如向上或向下）。类似地，如图5A和图5B中所述的，扭转操纵杆的旋钮或尖端使得多轴直升机在对应的方向上旋转，并且在特定的方向上倾斜操纵杆使得多轴直升机也在那个方向上移动。

相比之下，某些其它类型的手控不这么直观。例如，某些直升机具有用于转子的循环俯仰（例如角度或倾斜）的一个手控，以及用于转子的集体俯仰的另一手控。利用这样的控制来从停悬转变到向前飞行做起来不是容易和/或直观的。为了从停悬转变到向前飞行，直升机的转子必须成角度或向前倾斜。然而，这使得推力（例如，其先前完全指向下并且因此所有推力保持直升机空运）中的一些移位到水平方向（例如使得较少的推力在保持直升机空运）。为了补偿，转子集体俯仰必须增大，并且飞行员必须通过使用第二控制来作出此调整。此类型的协调耗费同时操控两个控制中的经验和/或训练，一些初学者飞行员可能缺乏这个。相比之下，初学者飞行员可以能够更容易和/或快速地学习如何通过使用此处所示的手控来使航空器飞行。

为了对此进行说明，考虑从起飞到着陆的上述多轴直升机的飞行。上述多轴直升机垂直地起飞。在垂直起飞期间，飞行员可以将他们全部的注意力集中在他们的左手上以控制拇指旋轮；飞行员在此时间期间不担心或不触碰指尖操纵杆。一旦飞行员抵达了期望的高度，飞行员就放开拇指旋轮。拇指旋轮的弹簧居中将使得多轴直升机减慢其上升并且逐渐停止，停悬在恒定的位置处。

飞行员然后将其注意力切换到其右手以及指尖操纵杆以在不担心他们的左手和/或拇指旋轮的情况下以恒定的高度（例如在x-y或滚动-俯仰轴内）使多轴直升机飞行。此飞行模式或方式有时被称为前向飞行模式（例如其中多轴直升机停留在恒定的高度处但是可以（如果期望的话）在通过那个高度所限定的平面内四处移动）。例如，飞行员可以通过使用仅仅其右手以及仅仅指尖操纵杆来旋转多轴直升机以面向所期望的方向，然后以恒定的高度使多轴直升机前向飞行。

一旦抵达目的地，飞行员就可以将其注意力转回到其左手，并且使用拇指旋轮（例如单独地）来垂直地下降以着陆。换言之，飞行员可以（如果期望的话）在贯穿从起飞到着陆的整个飞行的时间聚焦在一个手控制上（例如假定航空器具有执行垂直起飞和着陆的能力，并且具有以前向飞行模式飞行的能力）。如上所述，某些其它手控（诸如直升机手控）需要飞行员在至少一些时候同时操控两个手控。对于初学者飞行员，这可能使得使航空器飞行更难。

更加形式上地，一种用于对此进行描述的方式是说两个手控解耦，因为它们沿着正交或独立的轴控制移动。拇指旋轮控制垂直移动（例如沿着z（垂直）轴），其完全独立于或正交于由指尖操纵杆所控制的在x（滚动）轴和y（俯仰）轴内或沿着x（滚动）轴和y（俯仰）轴的移动。上述多轴直升机仅仅是示例性的，并且本文中所述的手控可以结合其它类型的航空器来被使用。

对于此处所示出的手控的另一益处是：飞行员可以舒适地握持手控达延长的时间段。一些较大的手控（例如手控的操纵杆）可具有较大的最小/最大位移，其在较长的时间段内握持起来更不舒适，甚至是在具有扶手的情况下。而且，在一些实施例中，指尖操纵杆提供相对小的反馈或阻力，使得仅仅需要小量的力来倾斜或扭转指尖操纵杆。相比之下，一些其它手控可以是力反馈手控，其以可变阻力的形式提供触觉反馈。在长时间段内使用其它类型的手控可能是更不舒适的，所述其它类型的手控提供更多的阻力和/或需要更多的力来操控。

以下各图描述了在经由上述示例性手控所接收的飞行员的输入上的处理（其例如由飞行计算机或飞行控制器所执行）的一些示例。这样的处理可使得航空器飞行起来更容易和/或更安全。

图6是图解，其图示了基于高度所设置的最大速度的实施例。在此示例中，飞行计算机基于多轴直升机（或更一般地航空器）的高度来调整或以其它方式设置多轴直升机的最大速度；此技术有时被称为基于高度的速度剖面。在所示出的图表中，x轴是多轴直升机的高度，并且y轴是在该高度处或针对该高度的最大速度。在一些实施例中，此处设置的最大速度是多轴直升机在特定的方向上（例如沿着x（滚动）轴、y（俯仰）轴和/或z（偏航）轴中的一个或多个）可移动的最大线性速度（例如每小时英里）。在一些实施例中，此处设置的最大速度是多轴直升机可以旋转（例如绕垂直或偏航轴）所处的最大角速度（例如每秒度数）。

在此示例中，当多轴直升机的高度大于高度阈值（600）的时候，最大速度封顶在速度上限（602）处。例如，出于安全原因，多轴直升机可封顶在每小时25英里处，无论多轴直升机处于什么高度处。

如果多轴直升机的高度小于高度阈值（600），则线性函数（例如其通过点（0,velocity_slow）和（altitude_threshold, velocity_ceiling））用于设置最大速度。换言之，在多轴直升机下降时，最大速度下跌。出于多种安全原因，这可以是合期望的。这可以保护飞行员和/或多轴直升机，因为它防止飞行员在着陆期间太快地进入和/或给予飞行员更多的时间来标识和避免对象（例如地上的树、人等等）。它还可以保护地上的人，因为在较低高度处的较慢的速度可给予地上的人更多的时间来变得知晓多轴直升机并且（如果需要的话）避免多轴直升机的路。为了对此进行说明，逐步通过着陆可以是有帮助的。假设飞行员在进行垂直着陆，其开始于高度阈值（600）以上的高度处。如果飞行员决定一直向下推动拇指旋轮，则多轴直升机将会初始地以速度上限下降，直到它抵达高度阈值（600）为止。多轴直升机然后将会减慢，因为最大速度将会如上所述的那样减小，即使拇指旋轮继续保持一直向下。这将防止硬着陆，即使飞行员在整个时间以全位移保持拇指旋轮向下。

在此示例中，velocity_slow (606)是非零的，因为作为实际情况，使最大速度在高度接近零时逼近零可能不是合期望的。例如，当多轴直升机几乎触地的时候，航空器将仍需要调动以便着陆，并且因而将需要非零的最大速度，甚至在非常靠近于地面的时候。

注意到，最大速度可适用于所有方向，而不仅是垂直移动（例如向上/向下）。出于安全原因，防止多轴直升机在较低的高度处太快地向前、向后、向左或向右飞行可以是合期望的。例如，如果多轴直升机着陆在高树之间的空地中或高建筑物之间的城市峡谷中，那么可以合期望的是限制多轴直升机在x-y平面内的速度，以便在多轴直升机着陆时防止在多轴直升机的侧边上与树或建筑物的碰撞。类似地，出于安全原因，可以合期望的是限制在多轴直升机下降时多轴直升机可绕垂直轴多快地旋转。

一般而言，可以为与航空器相关联的各种移动设置封顶值或最大值（例如不仅是速度），以便生成用于多轴直升机的控制信号，其导致平滑和/或安全的飞行。在一个示例中，以下的六个矩（moment）具有与它们相关联的限制或最大值。

表5：与航空器相关联的、被设置成某个最大值的示例性的矩。

以下的图更一般地和/或在形式上用流程图描述了此示例。

图7示出了流程图，其图示了用于至少部分地基于高度来设置最大速度的过程的实施例。在一些实施例中，由飞行控制器来执行所述过程。如上所述，最大速度可涉及最大线性速度（例如每小时英里）或最大角速度（例如每秒的度数）。在一些实施例中，与图3-5B中所示的手控相结合地使用所述过程；替换地，可以与某些其它手控相结合地使用此过程。

在700处，接收与航空器相关联的高度。在一些实施例中，可以通过使用GPS和/或雷达来获得航空器的高度。例如，在靠近地面处，雷达提供更准确的高度测量。在一些实施例中（例如如果高度在某个阈值以下或一直用于低飞的航空器），雷达用于高度测量。

在702处，至少部分地基于高度来设置与航空器相关联的最大速度。参见例如图6，其中如果高度在高度阈值以上，则最大速度封顶在速度上限处；在阈值以下，最大速度由线性函数来设置。自然地，可以使用非线性函数，但是为了避免任何突然的减速，可能合期望的是使用连续函数（例如没有阶段不连续性（step discontinuity），所述阶段不连续性将会使得最大速度突然改变）。而且，如上所述，在一些实施例中，在多轴直升机下降时速度逼近非零速度，因为多轴直升机总是被准许至少某个程度的机动性，甚至在非常接近于地面的时候。

偶尔地，飞行员可能意外地在手控上猛拉。以下的图描述了一些示例，其中经延迟或减慢的响应用于使得航空器从（多个）手控信号中的突然改变更安全。

图8是图解，其图示了响应于突然改变的手控信号的减慢的速度的实施例。图解800示出了手控信号的示例，所述手控信号在此示例中来自拇指旋轮。在此示例中，x轴是时间并且y轴示出了拇指旋轮位移或位置（例如其中正值指示拇指旋轮在被保持向上，并且负值（未被示出）指示拇指旋轮在被保持向下）。在802处，存在来自手控的原始信号（804）中的突然改变。例如，飞行员可能已经保持拇指旋轮轻微向上，然后快速推动拇指旋轮快速一直向上。

图解820示出了航空器的垂直速度。在此示例中，x轴对应于时间，并且y轴对应于垂直速度，所述垂直速度由与图解800相关联的拇指旋轮所控制。如果航空器确切地如按照原始信号804所指示的那样响应，则将会产生原始响应822。使航空器的速度像这样快速地改变对于飞行员而言可能是令人不安的，并且（在最坏情况场景中）可能使航空器不稳定。

代替地，经减慢的响应（824）是更加合期望的，因为它提供更安全并且更令人愉悦的飞行体验。经减慢的响应（824）开始并且结束于与原始响应822相同的速度（例如它们两者都开始于速度v₀并且结束于速度v₁），但是经减慢的响应在更长的时间尺度上这样做。

为了使航空器根据经减慢的响应824飞行，图解800中的经减慢的信号806用于控制航空器。图解840示出了可以如何生成经减慢的信号806的一个示例。拇指旋轮842输出原始的拇指旋轮信号（或更一般地原始信号），其被传递到低通滤波器（844）。低通滤波器移除高频元素（例如快速或突然的改变），留下低频元素（例如较慢的改变）。低通滤波器可以如所期望的那样被调谐以具有任何所期望的通带或截止频率。在一些应用中，低通滤波器是合期望的，因为在截止频率以下的频率在具有很少或没有修改的情况下通过（例如，因此在手控位置信息中的相对慢的改变将会使得航空器精确地如所指示的那样响应和/或不尝试减慢响应）。

低通滤波器（844）输出经减慢的拇指旋轮信号（或更一般地经减慢的信号），其被输出并且传递到飞行计算机（846），所述飞行计算机（846）生成用于航空器（未被示出）的控制信号。例如，生成用于图1的多轴直升机中所示出的十个转子的控制信号。在一些实施例中，某个其它信号通过低通滤波器被滤波。例如，低通滤波器可以继飞行计算机之后而来或者是飞行计算机的一部分。

在一些实施例中，通过限制航空器的角加速度或线性加速度而生成经减慢的信号。通过设置关于加速度（例如角加速度或线性加速度）的最大值，航空器的速度（例如角速度或线性速度）不能太快地改变。

此处所示出的配置是概念性的和/或示例性的，并且可以用多种方式被实现。在一些实施例中，通过使用硬件部件来实现低通滤波器，使得低通滤波器和飞行计算机包括不同的部件或部分。替换地，可以用软件来实现低通滤波器（例如低通滤波器是飞行计算机的一部分）。

以下的图更一般地和/或在形式上用流程图描述了此示例。

图9是流程图，其图示了具有响应于突然改变的手控信号的减慢的速度响应的过程的实施例。在一些实施例中，通过使用飞行计算机和/或低通滤波器来执行所述过程。在一些实施例中，结合本文中所述的一个或多个其它过程来执行所述过程。在一些实施例中，结合图3-5B中所示的手控来使用所述过程；替换地，可以结合一些其它手控来使用此过程。

在900处，从手控接收原始信号。例如，手控信号可以是单轴拇指旋轮（例如参见图4）或三轴指尖操纵杆（例如参见图5A和图5B）。

在902处，至少部分地基于原始信号来生成经减慢的信号。例如，在图8中的图解800中，经减慢的信号（806）基本上是经减慢的原始信号（804），使得在较长的时间段之上发生突然改变（802）（即两个信号开始并且结束于相同的拇指旋轮位移或位置）。在图解840中，通过将原始信号传递到低通滤波器中而生成经减慢的信号。

在904处，经减慢的信号用于控制所述多个转子中的至少一个。例如，在图8中的图解840中，经减慢的信号被传递到飞行计算机（846），所述飞行计算机（846）生成控制信号（未被示出），所述控制信号被传递到转子控制器和/或转子电动机。例如，在图1和图2中，将会为十个转子生成十个控制信号。

图10是图解，其图示了一致的速度响应的实施例。图解1000示出了指尖操纵杆（1002）的顶视图，所述指尖操纵杆（1002）被向前倾斜到一半。在此示例中，指尖操纵杆被保持在此位置中，并且飞行员不触碰拇指旋轮（例如使得多轴直升机维持恒定的高度）。

图解1020示出了图表，其中x轴是时间，并且y轴是多轴直升机的前向速度，其中多轴直升机的指尖操纵杆被向前保持在图解1000中所示出的位置中。在第一时间段（1022）期间，没有风，并且多轴直升机以某个速度v₀向前飞行。在第二时间段（1024）期间，多轴直升机遇到相当大的逆风。在此示例中，飞行计算机将补偿此环境改变（在此示例中，逆风），使得多轴直升机为手控的（例如相同）位置提供一致的速度响应，所述手控的位置在此示例中是被向前推动到一半的指尖操纵杆。这给予飞行员更一致的飞行体验，其独立于诸如风之类的环境条件。如果飞行员将再次使航空器飞行，则（她）他将会知道将指尖操纵杆向前推动到一半将导致前向速度v₀。人们倾向于不喜欢大量不确定性，尤其是在不熟悉的情形中，并且因此更一致的飞行体验可导致针对无经验和/或不频繁的飞行员的更令人愉悦并且放松的飞行体验。

图解1040示出了飞行计算机可如何维持一致的前向速度（或更一般地飞行体验）的示例。在此示例中，使用（负）反馈环路，其中获得在所期望的前向速度（1042）与所测量的前向速度（1044）之间的差异。例如，所期望的前向速度可以根据在图解1000中所示出的指尖操纵杆位置来被确定或以其它方式被计算，并且可以通过使用航空器的GPS来获得后者。此差异然后用于设置或以其它方式调整对于航空器的控制信号（1046）。为了将图1用作示例，控制信号将会被传递到在那里示出的十个转子，以输出更多的推力来补偿逆风。控制信号中的此改变影响航空器（1048），并且随后影响所测量的前向速度（1044）。如果经由指尖操纵杆的飞行员输入改变，那么所期望的前向速度（1042）可以被更新。

以下的图更一般地和/或在形式上用流程图对此进行了描述。

图11是流程图，其图示了具有一致的速度响应的过程的实施例。在一些实施例中，由飞行计算机来执行所述过程。在一些实施例中，结合本文中所述的一个或多个其它过程来执行所述过程。在一些实施例中，结合图3-5B中所示的手控来使用所述过程；替换地，可以结合一些其它手控来使用此过程。

在1100处，从手控接收信号。例如，可以从单轴拇指旋轮（例如参见图4）或三轴指尖操纵杆（例如参见图5A和图5B）接收信号。

在1102处，至少部分地基于手控信号来确定所期望的速度。例如，对于来自单轴拇指旋轮的手控信号，所期望的速度可直接有关于拇指旋轮的位移和/或信号的值。对于来自三轴指尖操纵杆的手控信息，所期望的线性速度（例如其在x-y平面内）可以基于x（滚动）信号和/或y（俯仰）信号。所期望的角速度（例如其绕垂直或偏航轴）可以基于z（偏航）信号。

在1104处，如果需要的话则调整对于所述多个转子的多个控制信号，使得所测量的速度匹配所期望的速度。例如，在图10中的图解1040中，使用（负）反馈环路。

在一些实施例中，系统（例如飞行控制器）计算俯仰偏移，其变化或以其它方式基于前向速度。以下的图描述了对此的示例。

图12是图解，其图示了通过使用至少部分地基于前向速度的俯仰角偏移而被调整的俯仰角的实施例。在一些实施例中，此技术被称为姿态成形。在此示例中，飞行控制器或飞行计算机（未被示出）接收或以其它方式输入所期望的高度，并且基于那些所期望的高度来运行反馈环路。通过以下来给出此总的（例如因为它是总和）或所期望的（例如因为它在此示例中被使用在反馈环路中）俯仰

：

其中

是经由操纵杆所指定的俯仰，并且

是俯仰偏移，所述俯仰偏移是前向速度

的函数（即至少部分地基于所述前向速度

）。总和中的两个被加数独立于彼此（例如使得第一项不影响或以其它方式改变第二项的值，并且反之亦然）。在此示例中，通过如下来给出俯仰偏移

：

当

的时候

当

的时候；

当

的时候；以及

当

的时候

其中在此示例中

，并且

。负俯仰偏移（即

）将使得航空器从经由操纵杆所指定的无论什么俯仰角（即

）向前倾斜。相反，正俯仰偏移（即

）将使得航空器从经由操纵杆所指定的无论什么俯仰角向后倾斜。

注意到，此处所示出的示例性等式对应于图1和图2中所示出的多轴直升机，以及图3-5B中所示出的手控。其它类型的航空器和/或手控可导致其它等式。

图解1200示出了俯仰偏移的图表。在此图表中，x轴对应于前向速度，并且y轴示出了将根据以上的分段函数所计算的对应的俯仰偏移。图表中的点指示了从一个子函数到另一子函数的转变。

在以上分段等式中的俯仰偏移的第一子函数（例如当航空器在向前飞行的时候并且

）被示出为段1202，并且相关联于相对小量的俯仰偏移（例如大约0-5度）。例如，假设航空器停悬在恒定的位置处，而没有在任何方向上移动。当航空器停悬并且前向速度是0（即

= 0）的时候，俯仰偏移也是0（即

）。这是灵敏的和/或有吸引力的，因为当航空器停悬在恒定的位置处的时候，自然或所期望的位置将会使得航空器是拉平的，其对应于操纵杆所指定的为0的俯仰角，为0的俯仰偏移，以及为0的所期望的俯仰。

俯仰偏移的第二子函数（即当

的时候）被示出为段1204，其中添加了中等量的俯仰偏移（在此示例中，~5度的固定的俯仰偏移）。在一些实施例中，此前向速度范围相关联于“巡航”速度，例如，其中预期一旦已经执行了起飞并且已经清除了地面水平的障碍，航空器就运作。在此示例中，此前向速度范围是其中前向速度相关联于中等量的风险和/或危险，并且对应地其中仅仅执行中等程度或量的干预。

与俯仰偏移相关联的第三子函数（即当

的时候）被示出为段1206。在此区中，前向速度范围相关联于相对高量的风险和/或危险，并且期望强或有力的干预。因而，不仅俯仰偏移的量值在此处最大，而且与其它区相比，在此区中俯仰偏移斜升得快得多（例如区1202中的

的一阶导数小于区1206中的

的一阶导数）。

与俯仰偏移相关联的第四子函数（即当

的时候）被示出为段1208，并且对应于当航空器向后飞行的时候。如先前那样，俯仰偏移起作用以在速度的量值增大时将航空器置于更拉平的位置中，除了以下之外：在此范围中，符号从所述的区和子函数反转（例如俯仰偏移在此处是负的，不是正的，并且经由操纵杆所指定的俯仰角在此处是正的，不是负的）。

图解1220示出了针对经由操纵杆所指定或输入的各种俯仰角（

）的所期望的俯仰（

）。例如，将在控制环路中使用这些值。

一般而言，在多轴直升机的速度的量值增大时，俯仰偏移的量值增大。例如注意到，在前向速度增大（即它单调增大）时，

函数从不减小。这使得在前向速度增大时，航空器从经由操纵杆所指定的俯仰角越来越多地向后倾斜。

对于此调整的益处是：对于其中所有转子在大体上水平的平面中旋转（参见图1和图2）的多轴直升机，通过俯仰偏移的调整将起作用以在多轴直升机越来越快地向前飞行时、与否则在没有俯仰偏移的情况下将会发生的相比更快得多地将前向速度向下驱动到0。通过由于俯仰偏移而将多轴直升机置于更拉平和/或水平的位置中，多轴直升机的转子将类似地被置于更拉平或水平的位置中。这继而起作用以减慢多轴直升机，因为来自转子的气流向后推动得越来越少，并且向下推动得越来越多，其继而使得多轴直升机减慢。换言之，俯仰偏移将多轴直升机的转子置于对于前向飞行而言更不高效或有效的位置中，并且因此在前向速度增大时，俯仰偏移的量值也将增大，并且多轴直升机将日益持平，并且日益减慢。

因而，确定并且应用俯仰偏移是合期望的，因为它起作用以与如果没有使用俯仰偏移的情况下相比更快得多地将前向速度向下驱动到0。换言之，使用俯仰偏移在多轴直升机的最高速度上施加物理限制，其通过越来越多地用如下方式使转子定向：所述方式在前向速度增大时向后发送较少的气流。这使得飞行航空器更安全，因为它限制航空器的最大速度。

更一般地和/或在形式上用以下的流程图对此示例进行描述。

图13是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于前向速度的偏移来调整俯仰角的过程的实施例。在一些实施例中，由飞行计算机来执行所述过程。在一些实施例中，结合本文中所述的一个或多个其它过程来执行所述过程。在一些实施例中，结合图3-5B中所示的手控来使用所述过程；替换地，可以结合一些其它手控来使用此过程。

在1300处，接收与航空器相关联的前向速度，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机。例如，图1和图2示出了一个这样的多轴直升机。在一些实施例中，大体上水平的平面（例如转子在其中旋转）在±10°的范围内（参见例如表2，其中滚动和俯仰角全部具有小于10°的量值）。

在1302处，至少部分地基于前向速度来确定俯仰偏移，其中俯仰偏移随着前向速度单调地改变。参见例如图12中所示的

的图表以及上述相关联的分段函数。如在图12中在1200处所示的，从左到右，

函数1202要么保持相同，要么随着

增大。

在1304处，至少部分地基于经由（三轴）手控所指定的俯仰角和俯仰偏移来确定所期望的俯仰。在以上的示例等式中，

，其中

和

的相反符号（例如正对于负）意指俯仰偏移充当对于经由手控所指定的俯仰角的对立物（例如偏移起作用以将多轴直升机置于更拉平的俯仰角处）。

在1306处，至少部分地基于所期望的俯仰来为所述多个转子确定多个控制信号。例如，对于转子的控制信号可以被调整（例如通过使用反馈环路）以便以所期望的俯仰来使航空器飞行。如上所述，俯仰偏移使得多轴直升机在前向速度（例如向前或向后行进）的量值变得更大时拉平并且因而减慢。参见例如图解1240，其中由于使航空器减慢的俯仰偏移，来自转子的气流更加指向下并且更少指向后。

类似地，在一些实施例中，系统（例如飞行控制器）通过计算偏航率偏移以及将它应用到经由手控所指定的偏航率来调整偏航率。下面的图描述了对此的示例。

图14是图解，其图示了通过使用至少部分地基于滚动角和前向速度的偏移而被调整的偏航率的实施例。在一些实施例中，此技术被称为转向协调混合。在此示例中，经由操纵杆在没有调整的情况下所指定的偏航率产生小于最优和/或不令人满意的飞行体验，尤其是当以各种前向速度在转向和向前飞行的时候。出于此原因，偏航率偏移被计算并且用于调整经由操纵杆所指定的偏航率。从飞行员的视角，具有调整或偏移的偏航率更好地将飞行员定向在运动方向上，使得在多轴直升机转向时飞行员更好地面向相同的运动方向。从性能观点，具有调整或偏移的偏航率将多轴直升机的转子置于用于转向的更好定向上（例如气流与运动方向更平行），使得转向可以被更高效地执行，并且功率可以被保留。这需要对经由操纵杆（或更一般地（多个）手控）所指定的偏航率的某种调整。

在此示例中，此总的（例如因为它是总和）或所期望的（例如因为它在此示例中被至少使用在反馈环路中）偏航率（

）是按每秒弧度的并且一般通过如下来被给出：

其中

是经由操纵杆所指定的偏航率，

是作为

和

的函数的偏航率偏移，

是航空器的滚动角（例如实际滚动角、所期望的滚动角等等），并且

是前向速度。更具体地，它通过如下来被给出：

当

的时候；以及

当

的时候

其中

充当阈值或区/范围边界，并且在此示例中是5.0。注意到，以上等式中的两个被加数是独立的，因此改变经由操纵杆所指定的偏航率将仅仅使此处所示出的表面向上或向下移位。换言之，此处所示出的表面的形状还指示了偏航率偏移如何作为滚动角和前向速度的函数而改变（一般而言）。

在此图中用图表表示了示例性的总偏航率（例如针对

）。当前向速度在第一范围（即

）中的时候，偏航率偏移（其遵循此处所示出的相同的一般形状）将在前向速度增大时针对给定的滚动角而增大。注意到例如表面1400的正梯度，并且在以上的等式中，

简化到与

成比例的项。

在此区或范围中（即对应于表面1400，当

的时候），偏航率偏移是正的，其起作用以使多轴直升机绕偏航或垂直轴、在往下看航空器的顺时针方向上旋转（例如负的偏航率将会使得多轴直升机在逆时针方向上旋转）。在表面1400中，仅仅示出了正的滚动角值，其意味着航空器处于滚动角，其中其向下倾斜的右翼或右舷翼及其向上倾斜的左翼或左舷翼以及偏航率偏移起作用以进一步（例如使用驾驶类比）操纵或以其它方式转向（例如更多地）到转向中。由偏航率偏移所引入的此调整在此区中是有帮助的，因为在低速下（也就是说，在0.0与

之间的前向速度下），需要相对小的偏移。如果在此区中使用在大于

的区中所使用的偏移的等式，那么在前向速度逼近零时偏移将会增大（这是不合期望的，因为当处于或接近为零的前向速度的时候，应当存在很少的或没有偏航（偏移））。更确切地说，在前向速度逼近零时，偏航率偏移应当减小。

对于超过

的前向速度，所期望的偏航率和偏航率偏移开始减小。注意到例如与表面1402相关联的负梯度，并且在以上等式中的项

在

增大时将逼近0。此关系严格遵循对于理想转向所需要的偏航率（例如遵循所期望的曲线，如与从所期望的曲线横向偏离相对的）。换言之，对于大于

的前向速度，偏航率偏移将等于对于维持经协调的飞行（即遵循所期望的曲线）而言所需要的偏航率。

注意到，以上等式中的偏航率偏移（也就是说以上求和中的第二项）产生偏航率，所述偏航率等于对于遵循理想或期望的转向或曲线而言所需要的偏航率。也就是说，以上等式中的偏航率偏移假定经由操纵杆所指定的偏航率是零（注意到，例如，偏航率偏移不考虑经由操纵杆所指定的偏航率并且因此不补偿从操纵杆进入的任何非零值）。这准许初学者飞行员使航空器飞行而不必指定偏航率（即它等于零），而同时还准许更有经验和/或爱冒险的飞行员指定某个非零偏航率输入（例如使得飞行体验更刺激）。例如，更有经验和/或爱冒险的飞行员可能想要在转向的时候添加某个横向偏离（例如，像驾驶中的漂移一样），并且他们能通过经由操纵杆添加某个非零偏航率来这样做。

更一般地和/或在形式上用以下的流程图对此示例进行描述。

图15是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于滚动角和前向速度的偏航率偏移来调整偏航率的过程的实施例。在一些实施例中，由飞行计算机来执行所述过程。在一些实施例中，结合本文中所述的一个或多个其它过程来执行所述过程。在一些实施例中，结合图3-5B中所示的手控来使用所述过程；替换地，可以结合一些其它手控来使用此过程。

在1500处，接收与航空器相关联的前向速度和滚动角，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机。参见例如用于示例性航空器的图1和图2。

在1502处，至少部分地基于前向速度和滚动角来确定偏航率偏移，其中偏航率偏移在第一前向速度范围之上增大并且在第二前向速度范围之上减小，并且偏航率偏移随着滚动角单调地改变。参见例如图14，其中偏航率偏移（其遵循图14中所示的曲线的形状）在区1400中增大，但是在区1402中减小。那个图表还示出了在滚动角增大时，偏航率偏移单调地增大。还参见以上针对

的示例性等式。

在1504处，至少部分地基于经由（三轴）手控所指定的偏航率和偏航率偏移来确定所期望的偏航率。在图5B中，例如，飞行员可以通过扭转旋钮540来指定偏航率。这个所指定的偏航率可以被添加到偏航率偏移，如在以上的示例性等式中所描述的。

在1506处，至少部分地基于所期望的偏航率来为所述多个转子确定多个控制信号。例如，可以为图1和图2中所示出的十个转子生成十个控制信号，其中控制信号尝试调整多轴直升机的偏航率（例如经由或通过使用偏航率偏移），以便在转向期间将多轴直升机置于对于飞行员而言更令人满意和/或对于转向而言在空气动力学上更高效的位置中。

注意到，在以上示例中，偏航率是通过使用偏移来被调整或以其它方式被确定的事物。在一些实施例中，滚动角是被调整或确定的事物。例如，对于具有不同几何结构（例如不同的转子布置）和/或具有不同手控的航空器，经由（多个）手控、在没有调整的情况下所指定的滚动角产生不令人满意和/或小于最优的飞行体验。在一些实施例中，通过使用偏航率来确定滚动角偏移，并且此滚动角偏移用于调整经由（多个）手控所指定的滚动角。以上等式和过程可以被重写或以其它方式被重新布置使得偏航率是输入并且（多个）滚动角是输出。例如，以上等式可以被重写使得：

其中

是总的或所期望的滚动角，

是经由某个（些）手控所指定的滚动角，并且

是作为

（即偏航率）和

（即前向速度）的函数的滚动角偏移。这仍可以被称为转向协调混合（例如它仍适用于转向并且在上述转向期间具有相同的益处），但是利用与以上相比不同的输入和输出来被完成。如同针对偏航率的等式一样，操纵杆滚动可以是零（例如对于初学者飞行员）或非零（例如对于有经验和/或更爱冒险的飞行员）。在以下的流程图中更形式上地描述确定和应用滚动角偏移的此过程。

图16是流程图，其图示了用于通过使用至少部分地基于偏航率和前向速度的滚动角偏移来调整滚动角的过程的实施例。在一些实施例中，由飞行计算机来执行所述过程。在一些实施例中，结合本文中所述的一个或多个其它过程来执行所述过程。在一些实施例中，结合图3-5B中所示的手控来使用所述过程；替换地，可以结合一些其它手控来使用此过程。

在1600处，接收与航空器相关联的前向速度和偏航率，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机。

在1602处，至少部分地基于前向速度和偏航率来确定滚动角偏移。

在1604处，至少部分地基于经由（三轴）手控所指定的滚动角和滚动角偏移来确定所期望的滚动角。

在1606处，至少部分地基于所期望的滚动角来为所述多个转子确定多个控制信号。

虽然已经相当详细地描述了前述实施例以用于清楚和理解的目的，但是本发明不限于所提供的细节。存在实现本发明的许多替换方式。所公开的实施例是说明性的并且不是限制性的。

Claims

1.一种系统，包括：

单轴手控，其被配置成控制航空器沿着垂直轴的移动，其中：

所述航空器包括以固定位置被附连到航空器的多个转子；以及

所述多个转子独立于彼此地旋转；以及

三轴手控，其被配置成控制航空器在由滚动轴和俯仰轴所限定的平面内、以及绕偏航轴的移动。

2.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述单轴手控包括拇指旋轮；并且

所述三轴手控包括指尖操纵杆。

3.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述单轴手控包括拇指旋轮，所述拇指旋轮继而包括：

调整片，其具有在0.125英寸-1英寸的范围中的高度；以及

面板，其具有在0.5英寸-2英寸的范围中的高度以及在0.25英寸-1英寸的范围中的宽度；并且

所述三轴手控包括指尖操纵杆。

4.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述单轴手控包括被附连到左手柄的拇指旋轮；并且

所述三轴手控包括被附连到右扶手的指尖操纵杆。

5.在权利要求1中所记载的系统，此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

接收与航空器相关联的高度；以及

至少部分地基于所述高度来设置与航空器相关联的最大速度。

6.在权利要求1中所记载的系统，此外包括：

低通滤波器，其被配置成：

从手控接收原始信号；以及

至少部分地基于所述原始信号来生成经减慢的信号；以及

飞行控制器，其被配置成使用所述经减慢的信号来控制所述多个转子中的至少一个。

7.在权利要求1中所记载的系统，此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

从手控接收信号；

至少部分地基于来自手控的信号来确定所期望的速度；以及

如果需要的话则调整对于所述多个转子的多个控制信号，使得所测量的速度与所期望的速度匹配。

8.在权利要求1中所记载的系统，此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

接收与航空器相关联的前向速度，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机；

至少部分地基于前向速度来确定俯仰偏移，其中所述俯仰偏移随着前向速度单调地改变；

至少部分地基于经由三轴手控所指定的俯仰角和俯仰偏移来确定所期望的俯仰；以及

至少部分地基于所期望的俯仰来为所述多个转子确定多个控制信号。

9.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述系统此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

至少部分地基于所期望的俯仰来为所述多个转子确定多个控制信号；以及

确定所期望的俯仰包括对经由三轴手控所指定的俯仰角和俯仰偏移进行求和，其中经由三轴手控所指定的俯仰角是非零的。

10.在权利要求1中所记载的系统，此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

接收与航空器相关联的前向速度和滚动角，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机；

至少部分地基于前向速度和滚动角来确定偏航率偏移，其中偏航率偏移在第一前向速度范围之上增大并且在第二前向速度范围之上减小，并且偏航率偏移随着滚动角单调地改变；

至少部分地基于经由三轴手控所指定的偏航率和偏航率偏移来确定所期望的偏航率；以及

至少部分地基于所期望的偏航率来为所述多个转子确定多个控制信号。

11.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述系统此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

至少部分地基于所期望的偏航率来为所述多个转子确定多个控制信号；以及

确定所期望的偏航率包括对经由三轴手控所指定的偏航率以及偏航率偏移进行求和，其中经由三轴手控所指定的偏航率是非零的。

12.在权利要求1中所记载的系统，此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

接收与航空器相关联的前向速度和偏航率，其中所述航空器包括具有在大体上水平的平面中旋转的多个转子的多轴直升机；

至少部分地基于前向速度和偏航率来确定滚动角偏移；

至少部分地基于经由三轴手控所指定的滚动角和滚动角偏移来确定所期望的滚动角；以及

至少部分地基于所期望的滚动角来为所述多个转子确定多个控制信号。

13.在权利要求1中所记载的系统，其中：

所述系统此外包括飞行控制器，所述飞行控制器被配置成：

至少部分地基于前向速度和偏航率来确定滚动角偏移；

至少部分地基于所期望的滚动角来为所述多个转子确定多个控制信号；以及

确定所期望的滚动角包括对经由三轴手控所指定的滚动角以及滚动角偏移进行求和，其中经由三轴手控所指定的滚动角是非零的。

14.一种方法，包括：

至少部分地基于经由手控所指定的俯仰角和俯仰偏移来确定所期望的俯仰；以及

15.在权利要求14中所记载的方法，其中确定所期望的俯仰包括对经由手控所指定的俯仰角和俯仰偏移进行求和，其中经由手控所指定的俯仰角是非零的。

16.一种方法，包括：

至少部分地基于经由手控所指定的偏航率和偏航率偏移来确定所期望的偏航率；以及

17.在权利要求16中所记载的方法，其中确定所期望的偏航率包括对经由手控所指定的偏航率以及偏航率偏移进行求和，其中经由手控所指定的偏航率是非零的。

18.一种方法，包括：

至少部分地基于前向速度和偏航率来确定滚动角偏移；

至少部分地基于经由手控所指定的滚动角和滚动角偏移来确定所期望的滚动角；以及

19.权利要求18中所记载的方法，其中确定所期望的滚动角包括对经由手控所指定的滚动角以及滚动角偏移进行求和，其中经由手控所指定的滚动角是非零的。