CN112744353A - 一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器及其控制方法，解决了动力部分失效和电机驱动输出力矩小的问题，其技术方案要点是，包括设于机翼上的至少6组气驱倾转旋翼组件、气源、控制中心、方向阀、气管，所述的气源通过气管与各气缸对接，控制中心与方向阀电连接，控制中心通过控制方向阀实现各气缸的分别动作，进而分别控制各倾转旋翼组件的运动，达到了提高飞行器动力冗余度和保证倾转机构输出力矩的目的。

Description

一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器及其控制方法
技术领域
本发明属于飞行器领域，尤其涉及一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器及其控制方法。
背景技术
垂直起降飞行器一般指旋翼类飞行器(如直升机、多旋翼飞行器等)，这类飞行器具有较为高效的垂直起降性能、悬停、低空低速飞行以及独特的后飞和侧飞能力，使得其可以在舰艇、海岛、山区以及高楼林立的城市等复杂地域垂直起降，但由于前飞时旋翼桨叶左右气流不对称，其最大飞行速度受到很大的限制；同时，受限于旋翼类飞行器的气驱效率问题，其航程和航时均十分有效，无法执行大范围、广目标的飞行任务。然而，传统固定翼飞行器却在高速飞行以及长航时飞行上极具优势。倾转旋翼飞行器通过融合旋翼飞行器和固定翼飞行器发展出独特构型，可兼具传统旋翼飞行器和固定翼飞行器的优势，拥有垂直起降、悬停等功能以及高巡航速度、长航程等性能，是未来飞行器的必然发展方向之一，成为了当前航空行业的研究热点。但是，由于倾转控制的难度大，倾转旋翼飞行器在倾转过渡段容易发生事故，动力部分失效也是其中一个事故原因。
分布式倾转多旋翼飞行器具有较高的动力冗余度，同时还可以实现分步倾转，在倾转控制方式上可靠性更高、实现性更强，极大降低倾转过渡段的事故率。分步式动力技术与倾转旋翼技术的融合能够进一步改善飞行器的飞行控制性能，提高其灵活性、机动性、安全性等。目前常规固定翼飞行的飞行控制依靠舵面和伺服机构，需要设计舵面同时布置伺服机构到飞行器上，由于气动非线性问题的存在，导致以舵面为控制装置的飞行控制，常出现舵效低、控制失效等问题；另外，常见的电机驱动的倾转机构还存在相应速度慢、输出力矩小的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器及其控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器，包括控制中心、方向阀和至少六组气驱倾转旋翼组件；所述气驱倾转旋翼组件包括气缸、旋翼电机座、旋翼电机、旋翼和支撑件；所述气缸包括活塞筒和活塞杆。其中，气驱倾转旋翼组件相对于机身轴对称分布在机翼上；旋翼连接旋翼电机输出轴，旋翼电机安装于旋翼电机座；活塞杆和支撑件分别与旋翼电机座转动连接，支撑件与活塞筒转动连接；控制中心与方向阀电连接，控制中心通过控制方向阀实现各气缸的分别动作，进而分别控制各倾转旋翼组件的运动。
进一步地，气缸驱动旋翼电机座绕旋翼电机座和支撑件的连接轴转动，实现旋翼电机的轴线在水平和竖直之间切换。
进一步地，所述支撑件上还设有支撑臂和铰接座；旋翼电机座通过支撑臂和支撑件转动连接，支撑件通过铰接座与活塞筒转动连接。
进一步地，还包括气源和气管；气源通过气管、方向阀与各气缸对接。
进一步地，所述机翼包括主机翼与副机翼，分设于机身前部与后部，形成串列翼。
一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器的控制方法，通过控制中心实现三种飞行模式：
所述控制中心通过控制各气缸动作实现各旋翼电机的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为多旋翼模式。
所述控制中心通过控制各气缸动作实现各旋翼电机的轴线平行于水平面，进而将飞行器转换为固定翼模式。
所述控制中心通过控制各气缸动作实现部分旋翼电机的轴线平行于水平面，部分旋翼电机的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为复合翼模式。
进一步地，在飞行模式转换过程中，所述控制中心通过依次控制对称的每组气缸动作实现各旋翼电机的成对依次倾转。
进一步地，所述控制中心同时控制气驱倾转旋翼组件的倾转动作和旋翼的转速。
进一步地，在气驱倾转旋翼组件的倾转过程中，所述控制中心控制旋翼停转，倾转完成后，再控制旋翼重新转动。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明由于使用了至少6组气驱倾转旋翼组件，飞行器有足够的动力冗余度，提升了飞行器的容灾容错能力；能够同时实现高效的垂直起降和高速前飞；可以实现旋翼的分步式倾转，即一部分旋翼倾转至水平位置以提高飞行速度，另一部分保持垂直位置以维持升力，从而能在倾转过程中保持高度、维持姿态，并提高安全性，分步式倾转可以让倾转多旋翼飞行器在低速和高速之间的各个速度范围内进行最高效的飞行；同时控制中心协同控制气驱倾转旋翼组件的倾转动作和旋翼的转动，可以实现旋翼的分步式倾转过程中让倾转的旋翼停转，倾转到位后再启动旋翼，从而消除了旋翼在倾转过程中斜向拉力产生的干扰；
2、本发明由于使用了气驱系统，提高了倾转动作的响应速度；在有限空间内可以提供比电机更大的输出力矩；相对于电机使用电池，气驱不仅环保，而且寿命更长。
附图说明
图1为本发明一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器的气驱倾转旋翼组件结构示意图；
图2为本发明一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器示意图；
图3为本发明一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器控制方法示意图；
附图标记：1、气缸；2、铰接座；4、旋翼电机座；5、支撑件；501、支撑臂；6、旋翼电机；7、旋翼；8、主机翼；9、副机翼；10、机身；11、垂尾。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明一种气驱倾转旋翼组件，包括气缸1、铰接座2、支撑件5、旋翼7、旋翼电机6和旋翼电机座4。旋翼7连接旋翼电机6输出轴，旋翼电机6固定设于旋翼电机座4上；气缸1的活塞杆一端和旋翼电机座4下端转动连接，支撑件5右侧设有支撑臂501，旋翼电机座4上端和支撑臂501转动连接，支撑件5下方设有铰接座2，铰接座2与气缸1的活塞筒转动连接，使得气缸1、旋翼电机座4和支撑件5构成曲柄滑块机构，用于驱动旋翼部分(包括旋翼7、旋翼电机6和旋翼电机座4)的倾转。
当旋翼电机6的轴线需要从如图1所示的平行于水平面的情况倾转为垂直于水平面时，气缸1驱动旋翼电机座4绕旋翼电机座4和支撑臂501的连接轴转动，转动的极限位置是旋翼电机6的轴线与水平面垂直，实现旋翼电机6的轴线在垂直于水平面和平行于水平面之间切换。
如图2所示，本发明一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器，包括至少6组气驱倾转旋翼组件、气源、控制中心、方向阀、气管、主机翼8、副机翼9、机身10和垂尾11。其中，主机翼8与副机翼9分设于机身10前部与后部，形成串列翼；本实施例将20组气驱倾转旋翼组件相对于机身10轴对称分布在主机翼8和副机翼9上。如图3所示，气源通过气管、方向阀与各气缸1对接；控制中心与方向阀电连接。
本发明一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器的控制方法，控制中心通过控制方向阀实现各气缸1的分别动作，进而分别控制各气驱倾转旋翼组件的运动，实现三种飞行模式；具体为：
控制中心通过控制各气缸1动作实现各旋翼电机6的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为多旋翼模式；
控制中心通过控制各气缸1动作实现各旋翼电机6的轴线平行于水平面，进而将飞行器转换为固定翼模式；
控制中心通过控制各气缸1动作实现部分旋翼电机6的轴线平行于水平面，部分旋翼电机6的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为复合翼模式。
旋翼部分的倾转具体可分为以下三种方式：
方式一：在飞行模式转换过程中，控制中心通过依次控制相对于机身10对称的每组气缸1动作实现各旋翼电机6的成对依次倾转；
方式二：控制中心同时控制气驱倾转旋翼组件旋翼部分的倾转动作和旋翼7的转速；
方式三：在旋翼部分的倾转过程中，旋翼7停转(转速为0)，倾转到位后，旋翼7根据控制中心的指令进行转动。
以上所述是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种分布式气驱倾转多旋翼飞行器，其特征在于，包括控制中心、方向阀和至少六组气驱倾转旋翼组件等；所述气驱倾转旋翼组件包括气缸、旋翼电机座、旋翼电机、旋翼和支撑件；所述气缸包括活塞筒和活塞杆。其中，气驱倾转旋翼组件相对于机身轴对称分布在机翼上；旋翼连接旋翼电机输出轴，旋翼电机安装于旋翼电机座；活塞杆和支撑件分别与旋翼电机座转动连接，支撑件与活塞筒转动连接；控制中心与方向阀电连接，控制中心通过控制方向阀实现各气缸的分别动作，进而分别控制各倾转旋翼组件的运动。
2.如权利要求1所述分布式气驱倾转多旋翼飞行器，其特征在于，气缸驱动旋翼电机座绕旋翼电机座和支撑件的连接轴转动，实现旋翼电机的轴线在水平和竖直之间切换。
3.如权利要求1所述分布式气驱倾转多旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑件上还设有支撑臂和铰接座；旋翼电机座通过支撑臂和支撑件转动连接，支撑件通过铰接座与活塞筒转动连接。
4.如权利要求1所述分布式气驱倾转多旋翼飞行器，其特征在于，还包括气源和气管；气源通过气管、方向阀与各气缸对接。
5.如权利要求1所述分布式气驱倾转多旋翼飞行器，其特征在于，所述机翼包括主机翼与副机翼，分设于机身前部与后部，形成串列翼。
6.一种基于权利要求1所述分布式气驱倾转多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，通过控制中心实现三种飞行模式：
所述控制中心通过控制各气缸动作实现各旋翼电机的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为多旋翼模式。
所述控制中心通过控制各气缸动作实现各旋翼电机的轴线平行于水平面，进而将飞行器转换为固定翼模式。
所述控制中心通过控制各气缸动作实现部分旋翼电机的轴线平行于水平面，部分旋翼电机的轴线垂直于水平面，进而将飞行器转换为复合翼模式。
7.如权利要求6所述控制方法，其特征在于，在飞行模式转换过程中，所述控制中心通过依次控制对称的每组气缸动作实现各旋翼电机的成对依次倾转。
8.如权利要求6所述控制方法，其特征在于，所述控制中心同时控制气驱倾转旋翼组件的倾转动作和旋翼的转速。
9.如权利要求6所述控制方法，其特征在于，在气驱倾转旋翼组件的倾转过程中，所述控制中心控制旋翼停转，倾转完成后，再控制旋翼重新转动。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117446163A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种倾转旋翼飞机多余度倾转操纵机构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018155739A1 (ko) * 2017-02-24 2018-08-30 기술융합협동조합 수직이착륙항공기 및 그 천이방법
CN108466694A (zh) * 2018-03-16 2018-08-31 广东容祺智能科技有限公司 一种倾转翼无人机及其控制方法
CN109387314A (zh) * 2018-11-29 2019-02-26 南京航空航天大学 一种可倾转旋翼动力测量装置及其测量方法
CN209600786U (zh) * 2019-02-16 2019-11-08 杨伟 多机翼微倾转旋翼机
CN211139665U (zh) * 2019-10-31 2020-07-31 中国人民解放军国防科技大学 一种可垂直起降的固定翼飞机
CN111516869A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 北京航空航天大学 一种倾转旋翼-机翼垂直起降飞行器的布局与控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018155739A1 (ko) * 2017-02-24 2018-08-30 기술융합협동조합 수직이착륙항공기 및 그 천이방법
CN108466694A (zh) * 2018-03-16 2018-08-31 广东容祺智能科技有限公司 一种倾转翼无人机及其控制方法
CN109387314A (zh) * 2018-11-29 2019-02-26 南京航空航天大学 一种可倾转旋翼动力测量装置及其测量方法
CN209600786U (zh) * 2019-02-16 2019-11-08 杨伟 多机翼微倾转旋翼机
CN211139665U (zh) * 2019-10-31 2020-07-31 中国人民解放军国防科技大学 一种可垂直起降的固定翼飞机
CN111516869A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 北京航空航天大学 一种倾转旋翼-机翼垂直起降飞行器的布局与控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117446163A (zh) * 2023-12-22 2024-01-26 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种倾转旋翼飞机多余度倾转操纵机构
CN117446163B (zh) * 2023-12-22 2024-04-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种倾转旋翼飞机多余度倾转操纵机构

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