CN117842350A - 共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及直升机技术领域，公开了共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，包括传感器模块，用于感知旋翼的位置、速度、姿态等信息，其中包括陀螺仪、加速度计、气压计等；飞行控制模块，用于负责控制整个旋翼系统，以确保在折叠和展开过程中保持直升机的稳定性，其中包括飞行控制算法和控制律；电动机和执行器控制模块，用于负责控制旋翼上的电动机和执行器，以实现旋翼的折叠和展开。通过增设状态监测与故障检测模块，从而可以实时监测旋翼折叠展开控制系统的各个关键部件和传感器的状态，及时发现和诊断故障。通过检测故障并提供相应的故障信息，可以帮助飞行员或维修人员快速定位问题，减少故障排除时间，提高系统的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及直升机技术领域，具体为共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统。
背景技术
现有的共轴双旋翼直升机在地面停放、储存或运输时，需要进行旋翼折叠操作，以减小直升机的尺寸和空间占用。同时，在飞行前需要将旋翼展开，以确保直升机的正常起飞和飞行操作，目前，旋翼折叠和展开操作通常是通过人工进行，这需要飞行员或维修人员具备一定的专业知识和技能。此外，由于操作过程复杂且依赖于人工判断和控制，可能存在误操作、不准确地折叠和展开、安全隐患等问题，且现有的折叠和展开控制系统通常缺乏对旋翼状态的实时监测和故障检测能力，无法及时发现和诊断潜在的故障，导致存在安全隐患，为此，本领域技术人员提出共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，解决了现有技术中共轴双旋翼直升机旋翼折叠缺乏对旋翼状态的实时监测和故障检测能力，无法及时发现和诊断潜在的故障，导致存在安全隐患的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，包括：
传感器模块，用于感知旋翼的位置、速度、姿态等信息，其中包括陀螺仪、加速度计、气压计等；
飞行控制模块，用于负责控制整个旋翼系统，以确保在折叠和展开过程中保持直升机的稳定性，其中包括飞行控制算法和控制律；
电动机和执行器控制模块，用于负责控制旋翼上的电动机和执行器，以实现旋翼的折叠和展开；
通信模块，用于与地面站或其他直升机系统进行通信，以接收命令或发送状态信息；
动力系统控制模块，如果共轴双旋翼直升机采用混合动力系统，这个模块将负责协调电动机、燃气轮机等不同动力源；
折叠和展开机构控制模块，用于负责操控旋翼的机械结构，确保旋翼能够在折叠和展开时正确执行；
状态监测与故障检测模块，用于监测系统的状态，检测可能的故障并采取相应的措施，确保安全操作；
定位与导航模块，用于在折叠和展开的过程中，确保直升机在空间中的准确定位和导航。
优选的，所述传感器模块包括：
陀螺仪单元，用于测量旋翼的角速度，提供有关直升机姿态变化的信息；
加速度计单元，用于测量旋翼的线性加速度，并计算直升机的加速度和倾斜角度；
磁力计单元，用于检测地球的磁场，提供关于直升机方向的信息；
气压计单元，用于测量大气压力，估算直升机的高度；
GPS接收器单元，用于获取全球定位系统信号，提供直升机的精确定位信息；
视觉传感器单元，用于实时监测直升机周围的环境，以支持导航和避障。
优选的，所述飞行控制模块包括：
姿态控制单元，用于负责控制直升机的姿态，确保直升机在折叠和展开过程中保持所需的方向；
高度控制单元，用于维持直升机的高度，尤其在折叠和展开的过程中需要确保高度变化的平稳性；
位置控制单元，用于确保直升机在三维空间中的位置保持稳定；
速度控制单元，用于控制直升机的速度，以确保在折叠和展开的过程中速度的平滑变化；
控制律单元，包含数学模型和算法，根据传感器反馈和飞行任务要求，生成适当的控制指令；
过载保护单元，用于监测系统负荷，防止超过直升机或系统的额定性能。
优选的，所述动力系统控制模块包括：
发电机控制单元，用于管理发电机的运行，监测电力生成情况，以及与其他动力源的协调；
功率监测单元，用于监测整个系统的功率消耗，且实时评估系统的性能；
热处理单元，用于确保系统中的各个部件在适当的温度范围内运行，防止过热或过冷。
优选的，所述状态监测与故障检测模块包括：
传感器接口单元，用于与各种传感器通信，包括但不限于陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、温度传感器、湿度传感器等，以收集直升机各个系统的状态信息；
数据采集单元，用于负责收集传感器和其他系统的数据，将其转换为可处理的数字信号，以进行后续的分析和处理；
状态监测单元，用于利用传感器数据和预设的阈值进行实时分析，以检测直升机各系统的状态，包括电力系统、动力系统、飞行控制系统等；
故障诊断单元，用于根据传感器数据和预设的故障模型，识别系统中可能存在的故障，并生成相应的故障报告或警告；
健康管理单元，用于综合分析状态和故障信息，提供直升机整体健康状况的评估，支持决策制定和维修计划；
故障排除单元，用于根据故障诊断结果提供相应的指南或建议，以支持维修和故障修复工作。
优选的，所述定位与导航模块包括：
接收单元，用于接收来自卫星或其他定位系统发出的信号，用于确定位置和时间信息；
定位计算单元，用于处理从接收单元获得的信号，执行三角测量、多普勒效应等算法来计算设备的位置；
惯性导航单元，使用陀螺仪和加速度计等传感器来测量设备的加速度和角速度，以估计其相对运动并提供位置信息；
地图数据库单元，用于存储地理信息和地图数据，在定位和导航过程中进行参考和对比；
导航控制单元，用于执行导航算法和控制策略，根据目标位置和当前位置提供导航指令。
优选的，所述通信模块包括：
通信接口单元，用于与其他设备或系统进行数据交换的接口；
数据处理单元，用于处理接收到的数据或准备要发送的数据，它可以进行数据解析、压缩、加密、校验等操作，确保数据的完整性、安全性和可靠性；
天线单元，用于发送和接收无线信号的装置，如Wi-F i、蓝牙、射频通信等。
优选的，还包括安全控制模块，用于监测并响应可能的安全问题，例如风险识别、紧急停机、自动切断电源等。
优选的，还包括防抖控制模块，用于识别和监测旋翼折叠展开过程中产生的振动。
优选的，还包括电源管理模块，用于管理整个系统的电力供应，确保每个模块都能获得足够的电力。
本发明提供了共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统。具备以下有益效果：
1、本发明通过增设状态监测与故障检测模块，从而可以实时监测旋翼折叠展开控制系统的各个关键部件和传感器的状态，及时发现和诊断故障。通过检测故障并提供相应的故障信息，可以帮助飞行员或维修人员快速定位问题，减少故障排除时间，提高系统的可靠性和安全性。
2、本发明通过增设折叠和展开机构控制模块，从而可以实现对旋翼折叠和展开过程的自动化控制。通过预设的程序和算法，可以精确控制机构的动作和运动轨迹，减少人工操作的依赖性，提高折叠和展开的准确性和效率，且可以监测和检测关键参数和状态，如机构位置、张紧力、电流等，以确保机构运动的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的总框架图；
图2为本发明的传感器模块框架图；
图3为本发明的飞行控制模块框架图；
图4为本发明的动力系统控制模块框架图；
图5为本发明的状态监测与故障检测模块框架图；
图6为本发明的通信模块框架图；
图7为本发明的定位与导航模块框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅附图1－附图7，本发明实施例提供共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，包括：
传感器模块，用于感知旋翼的位置、速度、姿态等信息，其中包括陀螺仪、加速度计、气压计等；
具体地，感器模块采集的数据可以用于进行数据分析和优化，从而改进折叠展开控制系统的性能和效率。通过对数据的处理和分析，可以提取有用的信息和模式，优化控制算法，并提高系统的响应速度和精度。
传感器模块包括：
陀螺仪单元，用于测量旋翼的角速度，提供有关直升机姿态变化的信息；
具体地，陀螺仪单元是一种高精度的测量设备，用于测量旋翼的角速度。它能够通过传感器和算法，精确地测量旋翼的旋转速度和方向，从而提供有关直升机姿态变化的信息。
加速度计单元，用于测量旋翼的线性加速度，并计算直升机的加速度和倾斜角度；
具体地，加速度计单元是一种用于测量旋翼的线性加速度的设备。它能够通过测量旋翼在三个轴向上的加速度，计算出直升机的加速度和倾斜角度。
磁力计单元，用于检测地球的磁场，提供关于直升机方向的信息；
具体地，磁力计单元是一种用于检测地球的磁场的设备。它能够通过测量地球磁场的方向和强度，提供关于直升机方向的信息。这种信息对于直升机的导航和定位至关重要，可以帮助飞行员确定直升机的位置和方向
气压计单元，用于测量大气压力，估算直升机的高度
GPS接收器单元，用于获取全球定位系统信号，提供直升机的精确定位信息；
视觉传感器单元，用于实时监测直升机周围的环境，以支持导航和避障
飞行控制模块，用于负责控制整个旋翼系统，以确保在折叠和展开过程中保持直升机的稳定性，其中包括飞行控制算法和控制律；
飞行控制模块包括：
姿态控制单元，用于负责控制直升机的姿态，确保直升机在折叠和展开过程中保持所需的方向；
高度控制单元，用于维持直升机的高度，尤其在折叠和展开的过程中需要确保高度变化的平稳性；
位置控制单元，用于确保直升机在三维空间中的位置保持稳定；
速度控制单元，用于控制直升机的速度，以确保在折叠和展开的过程中速度的平滑变化；
具体地，姿态控制单元能够精确控制飞行器的姿态，使其保持所需的方向和角度。高度控制单元能够维持飞行器在预设高度上稳定飞行。位置控制单元可以将飞行器定位到预设的目标位置。速度控制单元可以控制飞行器的速度，使其达到预期的速度。这些控制单元的组合可以实现对飞行器的精确操控，提供更准确的飞行性能和导航能力。
控制律单元，包含数学模型和算法，根据传感器反馈和飞行任务要求，生成适当的控制指令；
过载保护单元，用于监测系统负荷，防止超过直升机或系统的额定性能
电动机和执行器控制模块，用于负责控制旋翼上的电动机和执行器，以实现旋翼的折叠和展开；
通信模块，用于与地面站或其他直升机系统进行通信，以接收命令或发送状态信息；
通信模块包括：
通信接口单元，用于与其他设备或系统进行数据交换的接口；
数据处理单元，用于处理接收到的数据或准备要发送的数据，它可以进行数据解析、压缩、加密、校验等操作，确保数据的完整性、安全性和可靠性；
天线单元，用于发送和接收无线信号的装置，如Wi-F i、蓝牙、射频通信等
动力系统控制模块，如果共轴双旋翼直升机采用混合动力系统，这个模块将负责协调电动机、燃气轮机等不同动力源；
动力系统控制模块包括：
发电机控制单元，用于管理发电机的运行，监测电力生成情况，以及与其他动力源的协调；
功率监测单元，用于监测整个系统的功率消耗，且实时评估系统的性能；
热处理单元，用于确保系统中的各个部件在适当的温度范围内运行，防止过热或过冷
折叠和展开机构控制模块，用于负责操控旋翼的机械结构，确保旋翼能够在折叠和展开时正确执行；
具体地，通过增设折叠机构控制模块，可以将旋翼折叠成更紧凑的形态，在停放或存储时减少空间占用，方便地放置在有限空间内，如船舶甲板、狭小机库等。
状态监测与故障检测模块，用于监测系统的状态，检测可能的故障并采取相应的措施，确保安全操作；
具体地，故障检测模块可以监测旋翼折叠展开过程中可能出现的故障或异常情况。它可以检测并识别潜在的故障，如传感器故障、执行机构故障等，并及时发出警报或采取相应措施，以确保旋翼折叠展开过程的安全性和可靠性。
状态监测与故障检测模块包括：
传感器接口单元，用于与各种传感器通信，包括但不限于陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、温度传感器、湿度传感器等，以收集直升机各个系统的状态信息；
数据采集单元，用于负责收集传感器和其他系统的数据，将其转换为可处理的数字信号，以进行后续的分析和处理；
具体地，数据采集单元负责收集和记录旋翼折叠展开过程中的相关数据。它可以通过传感器或其他监测设备获取旋翼的位置、角度、速度、电流、温度等信息。采集到的数据可以用于后续的状态监测和故障诊断，以及对旋翼折叠展开过程进行分析和优化。
状态监测单元，用于利用传感器数据和预设的阈值进行实时分析，以检测直升机各系统的状态，包括电力系统、动力系统、飞行控制系统等；
具体地，状态监测单元使用数据采集单元获取的数据来实时监测旋翼的状态。它可以分析旋翼的位置、角度、速度等参数，检测是否存在异常或超出预设范围的情况。如果发现旋翼状态异常，状态监测单元可以发出警报，提醒操作人员采取相应措施，确保旋翼折叠展开过程的安全性和稳定性。
故障诊断单元，用于根据传感器数据和预设的故障模型，识别系统中可能存在的故障，并生成相应的故障报告或警告；
具体地，故障诊断单元利用数据采集单元获取的数据和状态监测单元提供的状态信息，对旋翼折叠展开过程中可能出现的故障进行诊断。它可以分析数据、比对预设模型或规则，识别并定位故障原因。一旦发现故障，故障诊断单元可以及时发出警报，并提供相应的故障处理建议，帮助操作人员快速解决问题，保证旋翼折叠展开控制系统的正常运行。
健康管理单元，用于综合分析状态和故障信息，提供直升机整体健康状况的评估，支持决策制定和维修计划；
故障排除单元，用于根据故障诊断结果提供相应的指南或建议，以支持维修和故障修复工作
定位与导航模块，用于在折叠和展开的过程中，确保直升机在空间中的准确定位和导航。
定位与导航模块包括：
接收单元，用于接收来自卫星或其他定位系统发出的信号，用于确定位置和时间信息；
定位计算单元，用于处理从接收单元获得的信号，执行三角测量、多普勒效应等算法来计算设备的位置；
惯性导航单元，使用陀螺仪和加速度计等传感器来测量设备的加速度和角速度，以估计其相对运动并提供位置信息；
地图数据库单元，用于存储地理信息和地图数据，在定位和导航过程中进行参考和对比；
导航控制单元，用于执行导航算法和控制策略，根据目标位置和当前位置提供导航指令。
还包括安全控制模块，用于监测并响应可能的安全问题，例如风险识别、紧急停机、自动切断电源等。
还包括防抖控制模块，用于识别和监测旋翼折叠展开过程中产生的振动。
具体地，防抖控制模块可以监测旋翼折叠展开过程中的振动和震动，并采取相应的控制策略来抑制或减少这些不稳定因素。通过精确的控制，防抖控制模块可以减少机构和旋翼的振动幅度，提高整个折叠展开过程的平稳性和稳定性。
还包括电源管理模块，用于管理整个系统的电力供应，确保每个模块都能获得足够的电力。
具体地，电源管理模块可以监测和管理旋翼折叠展开控制系统的电源供应，确保电源稳定并满足各个部件和传感器的工作要求。它可以提供适当的电压和电流输出，避免电源波动或不稳定导致的故障或性能下降。
综上所述：本发明通过增设状态监测与故障检测模块，从而可以实时监测旋翼折叠展开控制系统的各个关键部件和传感器的状态，及时发现和诊断故障。通过检测故障并提供相应的故障信息，可以帮助飞行员或维修人员快速定位问题，减少故障排除时间，提高系统的可靠性和安全性，且增设折叠和展开机构控制模块，从而可以实现对旋翼折叠和展开过程的自动化控制。通过预设的程序和算法，可以精确控制机构的动作和运动轨迹，减少人工操作的依赖性，提高折叠和展开的准确性和效率，且可以监测和检测关键参数和状态，如机构位置、张紧力、电流等，以确保机构运动的稳定性和可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，包括：
传感器模块，用于感知旋翼的位置、速度、姿态等信息，其中包括陀螺仪、加速度计、气压计等；
飞行控制模块，用于负责控制整个旋翼系统，以确保在折叠和展开过程中保持直升机的稳定性，其中包括飞行控制算法和控制律；
电动机和执行器控制模块，用于负责控制旋翼上的电动机和执行器，以实现旋翼的折叠和展开；
通信模块，用于与地面站或其他直升机系统进行通信，以接收命令或发送状态信息；
动力系统控制模块，如果共轴双旋翼直升机采用混合动力系统，这个模块将负责协调电动机、燃气轮机等不同动力源；
折叠和展开机构控制模块，用于负责操控旋翼的机械结构，确保旋翼能够在折叠和展开时正确执行；
状态监测与故障检测模块，用于监测系统的状态，检测可能的故障并采取相应的措施，确保安全操作；
定位与导航模块，用于在折叠和展开的过程中，确保直升机在空间中的准确定位和导航。
2.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述传感器模块包括：
陀螺仪单元，用于测量旋翼的角速度，提供有关直升机姿态变化的信息；
加速度计单元，用于测量旋翼的线性加速度，并计算直升机的加速度和倾斜角度；
磁力计单元，用于检测地球的磁场，提供关于直升机方向的信息；
气压计单元，用于测量大气压力，估算直升机的高度；
GPS接收器单元，用于获取全球定位系统信号，提供直升机的精确定位信息；
视觉传感器单元，用于实时监测直升机周围的环境，以支持导航和避障。
3.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述飞行控制模块包括：
姿态控制单元，用于负责控制直升机的姿态，确保直升机在折叠和展开过程中保持所需的方向；
高度控制单元，用于维持直升机的高度，尤其在折叠和展开的过程中需要确保高度变化的平稳性；
位置控制单元，用于确保直升机在三维空间中的位置保持稳定；
速度控制单元，用于控制直升机的速度，以确保在折叠和展开的过程中速度的平滑变化；
控制律单元，包含数学模型和算法，根据传感器反馈和飞行任务要求，生成适当的控制指令；
过载保护单元，用于监测系统负荷，防止超过直升机或系统的额定性能。
4.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述动力系统控制模块包括：
发电机控制单元，用于管理发电机的运行，监测电力生成情况，以及与其他动力源的协调；
功率监测单元，用于监测整个系统的功率消耗，且实时评估系统的性能；
热处理单元，用于确保系统中的各个部件在适当的温度范围内运行，防止过热或过冷。
5.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述状态监测与故障检测模块包括：
传感器接口单元，用于与各种传感器通信，包括但不限于陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、温度传感器、湿度传感器等，以收集直升机各个系统的状态信息；
数据采集单元，用于负责收集传感器和其他系统的数据，将其转换为可处理的数字信号，以进行后续的分析和处理；
状态监测单元，用于利用传感器数据和预设的阈值进行实时分析，以检测直升机各系统的状态，包括电力系统、动力系统、飞行控制系统等；
故障诊断单元，用于根据传感器数据和预设的故障模型，识别系统中可能存在的故障，并生成相应的故障报告或警告；
健康管理单元，用于综合分析状态和故障信息，提供直升机整体健康状况的评估，支持决策制定和维修计划；
故障排除单元，用于根据故障诊断结果提供相应的指南或建议，以支持维修和故障修复工作。
6.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述定位与导航模块包括：
接收单元，用于接收来自卫星或其他定位系统发出的信号，用于确定位置和时间信息；
定位计算单元，用于处理从接收单元获得的信号，执行三角测量、多普勒效应等算法来计算设备的位置；
惯性导航单元，使用陀螺仪和加速度计等传感器来测量设备的加速度和角速度，以估计其相对运动并提供位置信息；
地图数据库单元，用于存储地理信息和地图数据，在定位和导航过程中进行参考和对比；
导航控制单元，用于执行导航算法和控制策略，根据目标位置和当前位置提供导航指令。
7.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，所述通信模块包括：
通信接口单元，用于与其他设备或系统进行数据交换的接口；
数据处理单元，用于处理接收到的数据或准备要发送的数据，它可以进行数据解析、压缩、加密、校验等操作，确保数据的完整性、安全性和可靠性；
天线单元，用于发送和接收无线信号的装置，如Wi-Fi、蓝牙、射频通信等。
8.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，还包括安全控制模块，用于监测并响应可能的安全问题，例如风险识别、紧急停机、自动切断电源等。
9.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，还包括防抖控制模块，用于识别和监测旋翼折叠展开过程中产生的振动。
10.根据权利要求1所述的共轴双旋翼直升机旋翼折叠展开控制系统，其特征在于，还包括电源管理模块，用于管理整个系统的电力供应，确保每个模块都能获得足够的电力。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |