CN117944875A - 一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法，本申请属于飞机技术领域，该偏转控制结构包括机身，机身的前端设置有设备腔，机头的后部为球形结构，机头的后部设置于设备腔的腔口处；机头的后部周向设置有环形滑槽；双轴电机固定于设备腔内，伸缩机构的固定端铰接于设备腔的内壁；双轴电机上部的输出轴连接于第一单向传动机构的输入轴，第一单向传动机构的输出轴连接于机头后部的中心；双轴电机下部的输出轴连接于第二单向传动机构的输入轴，第二单向传动机构的输出轴连接于伸缩机构的动力输入端，伸缩机构的伸缩端铰接于滑动座，滑动座滑动安装于环形滑槽内。本申请解决了现有技术中的飞行器头部偏转控制结构存在结构复杂的问题。

Description

一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法

技术领域

本申请属于飞机技术领域，具体涉及一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法。

背景技术

飞行器头部偏转控制结构能够将飞行器头部相对飞行器的机身向任意方向偏转一定角度，进而在飞行器头部产生相应的气动力，即飞行器的控制力，从而产生相对飞行器质心的控制力矩，使飞行器产生相应的姿态角，最终实现飞行器在偏航和俯仰通道上的运动目的。目前有多种飞行器头部偏转控制结构，但均存在结构复杂的问题，例如需要采用液压机构驱动或者需要多个电机驱动伸缩机构动作来实现飞行器的偏转，对于小型飞行器来说这样不但增加了飞行器的重量，而且存在控制方式繁琐的问题，进而难以当前满足飞行器头部偏转控制需求。

发明内容

本申请实施例通过提供一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法，解决了现有技术中的飞行器头部偏转控制结构存在结构复杂的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种飞行器头部偏转控制结构，包括机身、机头、双轴电机、伸缩机构、第一单向传动机构、第二单向传动机构以及滑动座；

所述机身的前端设置有设备腔，所述机头的后部为球形结构，所述机头的后部设置于所述设备腔的腔口处；所述机头的后部周向设置有环形滑槽；

所述双轴电机固定于所述设备腔内，所述伸缩机构的固定端铰接于所述设备腔的内壁；

所述双轴电机上部的输出轴连接于所述第一单向传动机构的输入轴，所述第一单向传动机构的输出轴连接于所述机头后部的中心；

所述双轴电机下部的输出轴连接于所述第二单向传动机构的输入轴，所述第二单向传动机构的输出轴连接于所述伸缩机构的动力输入端，所述伸缩机构的伸缩端铰接于所述滑动座，所述滑动座的滑动部滑动安装于所述环形滑槽内。

在一种可能的实现方式中，所述第一单向传动机构包括第一棘轮机构和万向节；

所述双轴电机上部的输出轴连接于所述第一棘轮机构的输入轴，所述第一棘轮机构的输出轴连接于所述万向节的输入端，所述万向节的输出端连接于所述机头后部的中心；

所述第二单向传动机构包括第二棘轮机构和齿轮传动组件；

所述双轴电机下部的输出轴连接于所述第二棘轮机构的输入轴，所述第二棘轮机构的输出轴连接于所述齿轮传动组件的输入轴，所述齿轮传动组件的输出轴连接于所述伸缩机构的动力输入端。

在一种可能的实现方式中，所述齿轮传动组件包括第一传动齿轮、第二传动齿轮、输入锥齿轮以及输出锥齿轮；

所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮啮合，所述第二传动齿轮和所述输入锥齿轮同轴固定，所述输出锥齿轮和所述输入锥齿轮啮合，所述第二棘轮机构的输出轴连接于所述第一传动齿轮的转轴，所述输出锥齿轮的转轴连接于所述伸缩机构的动力输入端。

在一种可能的实现方式中，所述伸缩机构包括滑动杆、滑轨以及铰接连接的第一连杆和第二连杆；

所述滑动杆滑动安装于所述滑轨内，所述第一连杆的端部铰接于所述滑动杆的下端，所述第二连杆的端部固定于所述输出锥齿轮的转轴上；

所述滑轨的下端铰接于所述设备腔的内壁；所述滑动杆的上端铰接于所述滑动座。

在一种可能的实现方式中，所述环形滑槽的截面为T型结构，所述滑动座的滑动部与所述环形滑槽的结构适配。

在一种可能的实现方式中，所述机身的前端内侧设置有弧形对接面，所述弧形对接面与所述机头的后部结构适配，所述弧形对接面和所述机头的后部之间设置有密封环。

本发明实施例还提供了一种飞行器头部偏转控制方法，使用上述的飞行器头部偏转控制结构，包括以下步骤：

根据飞行器机头的预设偏转角度，获取机头轴线和机身轴线之间的目标偏转角以及机头轴线相对于机身轴线的垂直面上设定标准线的目标方位角；

控制双轴电机正向转动，双轴电机通过第二单向传动机构带动伸缩机构动作，使伸缩机构的伸缩端通过滑动座带动机头以目标偏转角进行偏转；

然后控制双轴电机反向转动，双轴电机通过第一单向传动机构带动机头以目标方位角进行旋转，机头旋转时，滑动座的滑动部在环形滑槽内滑动。

在一种可能的实现方式中，双轴电机正向转动时，双轴电机带动第二棘轮机构的输出轴转动，第二棘轮机构带动齿轮传动组件的输出锥齿轮转动，输出锥齿轮带动第二连杆转动，第二连杆通过第一连杆带动滑动杆在滑轨内滑动，使滑动杆滑动至滑轨上设定的位置处，进而带动滑动座移动，使机头以目标偏转角偏转。

在一种可能的实现方式中，双轴电机反向转动时，双轴电机带动第一棘轮机构的输出轴转动，第一棘轮机构通过万向节带动机头以目标方位角进行旋转。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种飞行器头部偏转控制结构及控制方法，本发明的结构通过电驱动，电能在小型飞行器上较容易获得。双轴电机正向转动时，双轴电机通过第二单向传动机构带动伸缩机构动作，此时机头在第一单向传动机构的作用下保持静止。双轴电机反向转动时，双轴电机通过第一单向传动机构带动机头以目标方位角进行旋转，此时伸缩机构保持当前长度。第一单向传动机构和第二单向传动机构起到单方向传动的目的，进而使本发明的结构在一个电机的驱动下便可实现飞行器头部偏转的目的，本发明的偏转控制结构具有重量轻、结构简单的特点。采用本发明的方法控制机头旋转时，滑动座在环形滑槽内滑动，滑动座和环形滑槽还能起到一定的限位作用，使机头保持当前的偏转角进行旋转。经试验，本发明的方法适用于低速的小型飞行器，结合本发明的方法能够简化小型飞行器控制方式，并具有结构简单，占用空间小的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的飞行器头部偏转控制结构的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的飞行器头部偏转控制结构的偏转状态示意图。

图3为本发明实施例提供的伸缩机构的原理图。

图4为本发明实施例提供的棘轮机构的原理图。

附图标记：1-机身；11-设备腔；2-机头；21-环形滑槽；3-双轴电机；4-伸缩机构；41-滑动杆；42-滑轨；43-第一连杆；44-第二连杆；5-第一单向传动机构；51-第一棘轮机构；52-万向节；6-第二单向传动机构；61-第二棘轮机构；62-齿轮传动组件；621-第一传动齿轮；622-第二传动齿轮；623-输入锥齿轮；624-输出锥齿轮；7-滑动座；8-密封环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的飞行器头部偏转控制结构，包括机身1、机头2、双轴电机3、伸缩机构4、第一单向传动机构5、第二单向传动机构6以及滑动座7。

机身1的前端设置有设备腔11，机头2的后部为球形结构，机头2的后部设置于设备腔11的腔口处。机头2的后部周向设置有环形滑槽21。

双轴电机3通过支架固定于设备腔11内，伸缩机构4的固定端通过铰接座铰接于设备腔11的内壁。

双轴电机3上部的输出轴连接于第一单向传动机构5的输入轴，第一单向传动机构5的输出轴连接于机头2后部的中心。

双轴电机3下部的输出轴连接于第二单向传动机构6的输入轴，第二单向传动机构6的输出轴连接于伸缩机构4的动力输入端，伸缩机构4的伸缩端铰接于滑动座7，滑动座7的滑动部滑动安装于环形滑槽21内。

需要说明的是，机头2后部的球形结构便于机头2旋转时和机身1前端保持一定的贴合度，进而提高密封性。双轴电机3内设置有减速机构。本发明的结构通过电驱动，电能在小型飞行器上较容易获得。双轴电机3正向转动时，双轴电机3通过第二单向传动机构6带动伸缩机构4动作，此时机头2在第一单向传动机构5的作用下保持静止。双轴电机3反向转动时，双轴电机3通过第一单向传动机构5带动机头2以目标方位角进行旋转，此时伸缩机构4在第二单向传动机构6的作用下保持当前长度。第一单向传动机构5和第二单向传动机构6起到单方向传动的目的，进而使本发明的结构在一个电机的驱动下便可实现飞行器头部偏转的目的，本发明的偏转控制结构适用于低速飞行的小型飞行器，具有重量轻、结构简单的特点。

本实施例中，第一单向传动机构5包括第一棘轮机构51和万向节52。

双轴电机3上部的输出轴连接于第一棘轮机构51的输入轴，第一棘轮机构51的输出轴连接于万向节52的输入端，万向节52的输出端连接于机头2后部的中心。

第二单向传动机构6包括第二棘轮机构61和齿轮传动组件62。

双轴电机3下部的输出轴连接于第二棘轮机构61的输入轴，第二棘轮机构61的输出轴连接于齿轮传动组件62的输入轴，齿轮传动组件62的输出轴连接于伸缩机构4的动力输入端。

需要说明的是，第一棘轮机构51和第二棘轮机构61能够实现单向驱动的目的，其结构为现有技术本实施例不再赘述，棘轮机构结构如图4所示。万向节52能够在机头2为偏转状态时，仍然通过第一单向传动机构5驱动机头2转动，从而实现机头2方位角的调整。机头2偏转时，机头2后部的中心和第一棘轮机构51的输出轴间距发生变化，因此万向节52采用三节式或者三节式以上的万向节52，从而补偿其间距的变化。

本实施例中，齿轮传动组件62包括第一传动齿轮621、第二传动齿轮622、输入锥齿轮623以及输出锥齿轮624。

第一传动齿轮621和第二传动齿轮622啮合，第二传动齿轮622和输入锥齿轮623同轴固定，输出锥齿轮624和输入锥齿轮623啮合，第二棘轮机构61的输出轴连接于第一传动齿轮621的转轴，输出锥齿轮624的转轴连接于伸缩机构4的动力输入端。

需要说明的是，齿轮传动组件62主要起到改变旋转方向的作用，同时通过调节齿轮之间的传动比，还能够调节第二棘轮机构61的输出轴转速和伸缩机构4的伸缩量之间的关系，以提高飞行器操控性能。

本实施例中，伸缩机构4包括滑动杆41、滑轨42以及铰接连接的第一连杆43和第二连杆44。

滑动杆41滑动安装于滑轨42内，第一连杆43的端部铰接于滑动杆41的下端，第二连杆44的端部固定于输出锥齿轮624的转轴上。

滑轨42的下端铰接于设备腔11的内壁。滑动杆41的上端铰接于滑动座7。

需要说明的是，输出锥齿轮624带动第二连杆44转动，第二连杆44带动第一连杆43摆动，进而使滑动杆41在滑轨42内滑动，滑动杆41伸缩量改变后能够通过滑动座7调节机头2的偏转角，机头2偏转后，滑轨42的角度发生适配性的调整，本发明采用的伸缩机构4能够在输出锥齿轮624单方向旋转的过程中，调节滑动杆41的伸缩量，因此该控制结构巧妙、简单。

本实施例中，环形滑槽21的截面为T型结构，滑动座7的滑动部与环形滑槽21的结构适配。

需要说明的是，滑动座7和环形滑槽21的设置能够在伸缩机构4位置固定的情况下，仍然使机头2能够调整方位角。

本实施例中，机身1的前端内侧设置有弧形对接面，弧形对接面与机头2的后部结构适配，弧形对接面和机头2的后部之间设置有密封环8。

需要说明的是，密封环8能够提高机身1和机头2之间的密封性。

如图1至图4所示，本发明实施例还提供了一种飞行器头部偏转控制方法，使用上述的飞行器头部偏转控制结构，包括以下步骤：

根据飞行器机头2的预设偏转角度，获取机头2轴线和机身1轴线之间的目标偏转角以及机头2轴线相对于机身1轴线的垂直面上设定标准线的目标方位角。

控制双轴电机3正向转动，双轴电机3通过第二单向传动机构6带动伸缩机构4动作，使伸缩机构4的伸缩端通过滑动座7带动机头2以目标偏转角进行偏转。

然后控制双轴电机3反向转动，双轴电机3通过第一单向传动机构5带动机头2以目标方位角进行旋转，机头2旋转时，滑动座7的滑动部在环形滑槽21内滑动。

需要说明的是，控制机头2旋转时，滑动座7的滑动部在环形滑槽21内滑动，滑动座7和环形滑槽21还能起到一定的限位作用，使机头2保持当前的偏转角进行旋转。本发明通过两个步骤实现机头2的偏转，相对于现有技术具有动作缓慢的缺陷，但经试验，本发明的方法适用于低速的小型飞行器，结合本发明的方法能够简化小型飞行器控制方式，并具有结构简单，占用空间小的特点。图示中的比例关系依据实际应用进行适配性的调整。

本实施例中，双轴电机3正向转动时，双轴电机3带动第二棘轮机构61的输出轴转动，第二棘轮机构61带动齿轮传动组件62的输出锥齿轮624转动，输出锥齿轮624带动第二连杆44转动，第二连杆44通过第一连杆43带动滑动杆41在滑轨42内滑动，使滑动杆41滑动至滑轨42上设定的位置处，进而带动滑动座7移动，使机头2以目标偏转角偏转。

本实施例中，双轴电机3反向转动时，双轴电机3带动第一棘轮机构51的输出轴转动，第一棘轮机构51通过万向节52带动机头2以目标方位角进行旋转。

需要说明的是，本发明通过设置第一棘轮机构51和第二棘轮机构61能够在双轴电机3正反转动时分别实现不同的操控目的，进而简化机身1内驱动设备的数量，本发明的方法通过单向旋转的输入方式便可实现伸缩机构4的伸缩功能，进而实现机头2偏转角的调整，因此实用性强，便于推广使用。万向节52能够改变传动轴线的方向，进而能够在机头2偏转状态下使机头2旋转，满足飞行器头部的偏转控制方式。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：包括机身（1）、机头（2）、双轴电机（3）、伸缩机构（4）、第一单向传动机构（5）、第二单向传动机构（6）以及滑动座（7）；

所述机身（1）的前端设置有设备腔（11），所述机头（2）的后部为球形结构，所述机头（2）的后部设置于所述设备腔（11）的腔口处；所述机头（2）的后部周向设置有环形滑槽（21）；

所述双轴电机（3）固定于所述设备腔（11）内，所述伸缩机构（4）的固定端铰接于所述设备腔（11）的内壁；

所述双轴电机（3）上部的输出轴连接于所述第一单向传动机构（5）的输入轴，所述第一单向传动机构（5）的输出轴连接于所述机头（2）后部的中心；

所述双轴电机（3）下部的输出轴连接于所述第二单向传动机构（6）的输入轴，所述第二单向传动机构（6）的输出轴连接于所述伸缩机构（4）的动力输入端，所述伸缩机构（4）的伸缩端铰接于所述滑动座（7），所述滑动座（7）的滑动部滑动安装于所述环形滑槽（21）内。

2.根据权利要求1所述的飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：所述第一单向传动机构（5）包括第一棘轮机构（51）和万向节（52）；

所述双轴电机（3）上部的输出轴连接于所述第一棘轮机构（51）的输入轴，所述第一棘轮机构（51）的输出轴连接于所述万向节（52）的输入端，所述万向节（52）的输出端连接于所述机头（2）后部的中心；

所述第二单向传动机构（6）包括第二棘轮机构（61）和齿轮传动组件（62）；

所述双轴电机（3）下部的输出轴连接于所述第二棘轮机构（61）的输入轴，所述第二棘轮机构（61）的输出轴连接于所述齿轮传动组件（62）的输入轴，所述齿轮传动组件（62）的输出轴连接于所述伸缩机构（4）的动力输入端。

3.根据权利要求2所述的飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：所述齿轮传动组件（62）包括第一传动齿轮（621）、第二传动齿轮（622）、输入锥齿轮（623）以及输出锥齿轮（624）；

所述第一传动齿轮（621）和所述第二传动齿轮（622）啮合，所述第二传动齿轮（622）和所述输入锥齿轮（623）同轴固定，所述输出锥齿轮（624）和所述输入锥齿轮（623）啮合，所述第二棘轮机构（61）的输出轴连接于所述第一传动齿轮（621）的转轴，所述输出锥齿轮（624）的转轴连接于所述伸缩机构（4）的动力输入端。

4.根据权利要求3所述的飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：所述伸缩机构（4）包括滑动杆（41）、滑轨（42）以及铰接连接的第一连杆（43）和第二连杆（44）；

所述滑动杆（41）滑动安装于所述滑轨（42）内，所述第一连杆（43）的端部铰接于所述滑动杆（41）的下端，所述第二连杆（44）的端部固定于所述输出锥齿轮（624）的转轴上；

所述滑轨（42）的下端铰接于所述设备腔（11）的内壁；所述滑动杆（41）的上端铰接于所述滑动座（7）。

5.根据权利要求1所述的飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：所述环形滑槽（21）的截面为T型结构，所述滑动座（7）的滑动部与所述环形滑槽（21）的结构适配。

6.根据权利要求1所述的飞行器头部偏转控制结构，其特征在于：所述机身（1）的前端内侧设置有弧形对接面，所述弧形对接面与所述机头（2）的后部结构适配，所述弧形对接面和所述机头（2）的后部之间设置有密封环（8）。

7.一种飞行器头部偏转控制方法，其特征在于，使用如权利要求1至6任一项所述的飞行器头部偏转控制结构，包括以下步骤：

根据飞行器机头（2）的预设偏转角度，获取机头（2）轴线和机身（1）轴线之间的目标偏转角以及机头（2）轴线相对于机身（1）轴线的垂直面上设定标准线的目标方位角；

控制双轴电机（3）正向转动，双轴电机（3）通过第二单向传动机构（6）带动伸缩机构（4）动作，使伸缩机构（4）的伸缩端通过滑动座（7）带动机头（2）以目标偏转角进行偏转；

然后控制双轴电机（3）反向转动，双轴电机（3）通过第一单向传动机构（5）带动机头（2）以目标方位角进行旋转，机头（2）旋转时，滑动座（7）的滑动部在环形滑槽（21）内滑动。

8.根据权利要求7所述的飞行器头部偏转控制方法，其特征在于：双轴电机（3）正向转动时，双轴电机（3）带动第二棘轮机构（61）的输出轴转动，第二棘轮机构（61）带动齿轮传动组件（62）的输出锥齿轮（624）转动，输出锥齿轮（624）带动第二连杆（44）转动，第二连杆（44）通过第一连杆（43）带动滑动杆（41）在滑轨（42）内滑动，使滑动杆（41）滑动至滑轨（42）上设定的位置处，进而带动滑动座（7）移动，使机头（2）以目标偏转角偏转。

9.根据权利要求7所述的飞行器头部偏转控制方法，其特征在于：双轴电机（3）反向转动时，双轴电机（3）带动第一棘轮机构（51）的输出轴转动，第一棘轮机构（51）通过万向节（52）带动机头（2）以目标方位角进行旋转。