一种基于万向节原理的涵道碟形飞行器及其控制方法技术

本发明专利技术提出一种基于万向节原理的涵道碟形飞行器及其控制方法，该飞行器结合了此前所述两种碟形飞行器的优点并进行改进，采用共轴双旋翼的构型，将两个旋翼置于涵道内，两个旋翼的旋转方向相反以解决反扭距的问题。采用舵片来控制飞行器姿态；位置控制方面，结合万向节以及差速器原理，在飞行器涵道内布置上下对称的锥齿轮，旋翼倾转轴两端也设置有锥齿轮，实现两个旋翼以与涵道的连接轴为轴倾转，同时连接轴在涵道平面内旋转，进而实现共轴双旋翼，即拉力方向向任意方向倾转，从而控制飞行器的飞行方向。本发明专利技术提出的涵道式碟形飞行器在共轴双旋翼涵道碟形飞行器基础上引入万向节倾转机构，使得位姿控制分离，控制逻辑清晰，控制机动性得以加强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于万向节原理的碟形飞行器，同时针对其特殊构型提出了一种位姿分离的控制方法。属于飞行器技术及飞行器控制领域。

技术介绍

0、技术背景

1、随着科技的发展，新型无人机由于潜在的巨大应用前景和价值，其研制和设计越来越受到各方重视，各种新概念无人机层出不穷。尤其是兼顾垂直起降、空中悬停和高机动性能的飞行器成为各国的热点硏究方向之一。涵道碟形飞行器作为一种新构型飞行器，能垂直起降，且结构紧凑，气动效率高，在新构型无人机领域一直以来都备受关注。

2、目前的涵道碟形飞行器主要可分为两种：一种典型代表是sikorsky公司开发的cypher无人机，利用共轴双旋翼平衡反扭距，利用螺旋桨的桨距变化实现位置和姿态的控制。这种碟形飞行器的缺点是螺旋桨机构复杂，会为无人机增加不小的结构重量，给无人机的飞行速度、承载能力等带来挑战。另一种典型代表是联合宇航公司设计的istar涵道式碟形飞行器，利用涵道内的固定翼片平衡反扭距，利用尾部导流板实现位置和姿态的控制。这种碟形飞行器虽然降低了飞机的结构重量，但是单独靠尾部导流板控制位姿降低了控制效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于万向节原理的涵道碟形飞行器，其特征在于：包括涵道、倾转机构、动力系统、吊舱、飞控及控制舵片；其中，涵道内包含布置了倾转机构，倾转机构由4个舵机、2个对置布置的环状锥齿轮、1根倾转轴及1个电机座构成，环状锥齿轮布置在涵道内的齿轮轨道上，倾转轴位于环状锥齿轮之间，倾转轴两端有与环状锥齿轮正交啮合的小型锥齿轮，其中一端具备自转自由度，倾转轴在对置锥齿轮的差动带动下绕机体轴转动；倾转机构的舵机固定在涵道内的舵机座上，上下对称布置，舵机通过舵盘驱动环状锥齿轮转动，每2个舵机协同驱动1个锥齿轮；倾转轴上固定布置有电机座，让布置其上的电机随倾转轴转动实现动力方向的转动；动力系统包括电机、螺...

【技术特征摘要】

1.一种基于万向节原理的涵道碟形飞行器，其特征在于：包括涵道、倾转机构、动力系统、吊舱、飞控及控制舵片；其中，涵道内包含布置了倾转机构，倾转机构由4个舵机、2个对置布置的环状锥齿轮、1根倾转轴及1个电机座构成，环状锥齿轮布置在涵道内的齿轮轨道上，倾转轴位于环状锥齿轮之间，倾转轴两端有与环状锥齿轮正交啮合的小型锥齿轮，其中一端具备自转自由度，倾转轴在对置锥齿轮的差动带动下绕机体轴转动；倾转机构的舵机固定在涵道内的舵机座上，上下对称布置，舵机通过舵盘驱动环状锥齿轮转动，每2个舵机协同驱动1个锥齿轮；倾转轴上固定布置有电机座，让布置其上的电机随倾转轴转动实现动力方向的转动；动力系统包括电机、螺旋桨、电池与电调，电机共有2个，对称布置在倾转轴的电机座上，螺旋桨为5叶螺旋桨，安装在电机上，随电机转动，提供拉力与推力，电调布置在涵道中，为电机提供控制电信号，电池与飞控布置在吊舱中；吊舱与涵道连接，位于涵道及倾转机构下方，控制舵片成十字型对称布置于吊舱，控制飞行器姿态稳定。

2.根据权利要求1所述的一种基于万向节原理的涵道碟形飞行器，其特征在于：在涵道内部延轴向布置两个关于涵道中心面对称的环状锥齿轮，环形齿轮在涵道内部的齿轮轨道上转动，每个齿轮啮合中心对称的两个舵机，舵机与涵道固连，通过舵机差动控制齿轮的转向和转速；环形齿轮同时还啮合共轴双旋翼的倾转轴；倾转轴一端固连锥形齿轮，一端通过轴承连接锥形齿轮，锥形齿轮与环状锥齿轮正交啮合构成倾转机构，通过环状锥齿轮的差动实现旋翼倾转轴的自转和绕旋翼自转轴的转动，实现旋翼，即拉力方向进行各个方向的倾转，从而控制飞行器的飞行方向。

3.一种实现权利要求1所述的基于万向节原理的涵道碟形飞行器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：周尧明，潘风行，杨帆，刘京奥，秦庆阳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：