CN202439842U

CN202439842U - 一种直升机失动力自旋降落装置

Info

Publication number: CN202439842U
Application number: CN2012200710153U
Authority: CN
Inventors: 李涵; 毕学森; 韩奕宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种直升机失动力自旋降落装置，涉及无人直升机技术领域。其包括机载设备和地面设备，机载设备包括姿态平衡仪、无线电接收机、超声波传感器和数据传输模块；地面设备包括PC端软件模块和遥控器；机载设备通过数据传输模块将数据传送至地面设备，PC端软件模块将数据处理后生成螺距角度控制信号，PC端软件模块通过数据线连接至遥控器，并由遥控器将控制信号发射至无线电接收机，控制直升机倾斜盘。本实用新型由于采用以上结构，与现有技术相比具有提高飞行控制的精确性、减轻飞行员的操控压力、大大提高直升机失动力后安全降落成功率的优点。

Description

一种直升机失动力自旋降落装置

技术领域

本实用新型涉及无人直升机系统技术领域，特别是涉及一种直升机失动力自旋降落装置。

背景技术

直升机空中停车等失动力状态下安全降落是航空领域重大技术难题之一。长期以来，为确保直升机失动力安全降落，通常采用双发或多发，尽管多数情况下故障发动机可空中再次启动或可启用备用发动机，但由于直升机备用发动机启动时间长，加之通常需要飞行员稳定、准确地加以控制，低空飞行或中高空高速飞行失动力时，直升机易迅速进入失速、失控状态，安全降落难以保障，机毁人亡的情况时有发生。2011年3月份，德国总理默克尔的座机 AS332 MkⅡ 型直升机曾发生飞行在1600米高空时，两个引擎发生故障停车的事故，直升机急速下坠，直到骤降至距地面594米时，飞行员才重新让引擎恢复正常运转，险些造成坠机事故。2007年04月27日，俄罗斯空军一架米—8直升机在车臣南部因发动机在空中停车情况下尝试紧急迫降时，最终因技术故障造成了飞机失事。

本实用新型基于Co-Pilot Ⅱ姿态平衡仪，设计一套根据距地高度控制直升机主旋翼螺距角度的调整装置，从而实现在失动力状态下自旋降落，既减轻发生意外时飞行员的操纵压力，又大幅度提高直升机安全降落的成功率。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高飞行控制的精确性、减轻飞行员的操控压力、大大提高直升机失动力后安全降落的成功率的直升机失动力自旋降落装置。

本实用新型直升机失动力自旋降落装置，包括机载设备和地面设备，所述机载设备包括姿态平衡仪、无线电接收机、超声波传感器和数据传输模块；所述地面设备包括PC端软件模块和遥控器；所述机载设备通过数据传输模块将数据传送至地面设备，所述PC端软件模块将数据处理后生成螺距角度控制信号，所述PC端软件模块通过数据线连接至遥控器，并由遥控器将控制信号发射至无线电接收机，控制直升机倾斜盘，从而实现对主旋翼螺距角度的控制。

所述姿态平衡仪通过遥控器发射姿态中立控制信号，经无线电接收机将此信号传输给姿态平衡仪，然后对模型机实时进行姿态平衡。

本实用新型由于采用以上结构，与现有技术相比具有：提高飞行控制的精确性、减轻飞行员的操控压力、大大提高直升机失动力后安全降落成功率的优点。

附图说明

图1为本实用新型直升机失动力自旋降落装置的结构示意图。

目前国内外较为成熟的无人直升机自平衡控制系统，通常采用三轴陀螺仪导航或红外热感应导航方式。本实用新型拟依据该系统及其基本原理，在姿态平衡仪的基础上，通过给模型直升机加装超声波传感器来测定距地实时高度，将该高度数据传送至PC端软件模块，由其计算模型直升机飞行速度，并依据高度与飞行速度，生成主旋翼螺距角度控制信号，通过futaba 10c遥控器发射给模型直升机。在对相关模型直升机进行比较的基础上，本实用新型选用align trex 500E型模型直升机作为实验机型，该模型直升机采用贝尔—希拉ccpm控制系统，与一般民用直升机相似，因此具有较高模拟载人直升机的准确性。该机型工作电压25.2V,起飞质量1700g，主旋翼直径970mm，主旋翼翼型为NACA0013，尾旋翼直径200mm，尾旋翼翼型为NACA0015齿轮传动比1:12.46:4.68，采用gp780锁尾陀螺仪，该机型具有价格低、稳定性高、载重量高的特点，达到了实验要求。

本实用新型拟通过三个步骤对该装置进行设计测试及验证，第一步为人工操纵模型直升机熄火自旋降落，得出align 500e型模型直升机熄火降落正负主旋翼螺距的最佳角度，为PC端软件模块的程序设计提供基础数据。第二步为模型直升机姿态平衡仪效果的实验，测试姿态平衡仪平衡效果并调整其感度，从而提高姿态平衡仪的稳定性。第三步为PC端软件模块与超声波测高传感器的结合效果验证，检测并修正超声波传感器的误差以及数传模块对模型直升机遥控装置的干扰程度。

（一）模型直升机熄火降落的工作原理

在直升机正常飞行时，关闭发动机使其失去动力，随后直升机开始沿一定轨迹下降，人工操纵遥控器改变直升机主旋翼的桨距，使其在气流作用下自旋产生升力，以减小直升机的下落速度并最终保证其安全着落。实验证明，当发动机关闭后，直升机失去动力，虽然其主旋翼因惯性还会继续旋转，然而其转速很快会在空气阻力的作用下降低直至停止。因此，实验人员必须适时调整主旋翼的桨距角度，使主旋翼借助直升机下降的速度加速旋转。下面选取直升机熄火降落过程中的典型位置进行运动学分析。直升机进入熄火降落状态，此时主旋翼桨距角度为负，直升机开始下降并带动主旋翼加速旋转（如图2）。当直升机下降至一定位置时，逐步增加主旋翼桨距角度至最大，主旋翼转速下降，但其产生的升力却增大了，最终使直升机安全降落。

根据Align Trex 500E型模型直升机的设计及人工操纵模型直升机熄火降落实验得出的结论，该模型直升机执行熄火降落的适宜桨距角度为最低-6°，中间0°，最大12°，在此角度范围内模型直升机熄火降落的成功率较高，并以此作为下面桨距角度控制的基础。

（二）姿态平衡装置工作原理

姿态平衡仪采用美国Fma Co-Pilot Ⅱ平衡仪，该姿态平衡仪由三部分组成：Co-Pilot Ⅱ(以下简称CP-II)航空电子计算机、CP-Ⅱ主传感模块、CP-Ⅱ垂直传感模块。

本实用新型采用此姿态平衡仪进行模型直升机的姿态调整，通过遥控器发射姿态中立控制信号，接收机将此信号传输给航电计算机，然后由计算机对模型直升机实时进行姿态平衡；螺距控制信号则由主旋翼螺距角度控制系统进行单独处理。

（三）主旋翼螺距角度控制系统工作原理

主旋翼螺距角度控制系统主要包括HC-SR04超声波传感器、nrf905数据传输模块、PC端软件模块三部分。在模型直升机失去动力后，姿态平衡仪实时启动，调整模型直升机姿态的平衡。由超声波传感器测定距地高度，并通过数据传输模块将实时检测数据发射至PC端软件模块，其将数据处理后生成螺距角度控制信号，通过数据线连接至futaba 10cg遥控器，由遥控器将控制信号发射至模型直升机上的无线电接收机，控制模型直升机倾斜盘，从而实现对模型直升机主旋翼螺距角度的控制。

测定距地高度超声波传感器拟采用HC-SR04 超声波测距模块。该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。传感器采用 IO 口 TRIG 触发测距，发出至少 10us 的高电平信号。模块可自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回时，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间即超声波从发射到返回的时间，进而可得出距地高度 (即：高电平时间×声速/2 )。

通讯模块拟采用挪威NORDIC公司推出的新款单频射频发射器芯片Nrf905。该模块采用32引脚5mm×5mmQFN封装，在我国可选用433mhz作为工作频段。Nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等部分组成。该模块使用spi接口可以和任何mcu进行通信，由于该模块融合了shockburst tm技术，可以自动处理数据包字头，且内置crc校验功能，确保了数据的可靠传输，并且模块有效传输距离可达300米，符合实验要求。

当超声波测高数据通过数据传输模块传送至PC端软件模块时，其根据高度变化量及时间变化量测定实时速度，将螺距微调信号通过数据线传输至模型直升机遥控器。模型直升机失去动力的瞬间，将使其主旋翼螺距角度为负，使下降速度稳定在5-6m/s，在距地2米时，控制模型直升机主旋翼螺距为正，产生下降阻力，使下降速度减至1m/s以下，从而确保模型直升机安全降落。

从理论上看，控制方式采用无线电遥控器遥控方式，与传统载人直升机的机械控制方式虽有所不同，但该装置在应用到载人直升机时，原理与本实用新型设计的装置基本一致。所以有理由相信，本实用新型的创新可以应用于载人直升机领域的实验及生产。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明：

如附图所示，其包括机载设备和地面设备，机载设备包括姿态平衡仪、无线电接收机、超声波传感器和数据传输模块；地面设备包括PC端软件模块和遥控器；机载设备通过数据传输模块将数据传送至地面设备，PC端软件模块将数据处理后生成螺距角度控制信号，PC端软件模块通过数据线连接至遥控器，并由遥控器将控制信号发射至无线电接收机，控制直升机倾斜盘，从而实现对主旋翼螺距角度的控制。姿态平衡仪通过遥控器发射姿态中立控制信号，经无线电接收机将此信号传输给姿态平衡仪，然后对模型机实时进行姿态平衡。

Claims

1.一种直升机失动力自旋降落装置，包括机载设备和地面设备，其特征在于：所述机载设备包括姿态平衡仪、无线电接收机、超声波传感器和数据传输模块；所述地面设备包括PC端软件模块和遥控器；所述机载设备通过数据传输模块将数据传送至地面设备，所述PC端软件模块将数据处理后生成螺距角度控制信号，所述PC端软件模块通过数据线连接至遥控器，并由遥控器将控制信号发射至无线电接收机，控制直升机倾斜盘，从而实现对主旋翼螺距角度的控制。

2.根据权利要求1所述的直升机失动力自旋降落装置，其特征在于：所述姿态平衡仪通过遥控器发射姿态中立控制信号，经无线电接收机将此信号传输给姿态平衡仪，然后对模型机实时进行姿态平衡。