一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明從工程實(shí)際出發(fā)，利用現(xiàn)有推進(jìn)技術(shù)，結(jié)合平流層浮空器工作環(huán)境，提出了一種可應(yīng)用于各種布局平流層浮空器的簡(jiǎn)單、有效、可靠的全尺寸矢量推進(jìn)裝置。并利用現(xiàn)有無刷電機(jī)與數(shù)字舵機(jī)技術(shù)，結(jié)合平流層浮空器地面試驗(yàn)要求，提出了一種低成本、低結(jié)構(gòu)載荷的平流層浮空器地面樣機(jī)縮比矢量推進(jìn)裝置。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見附圖。裝置共由三大部分組成，包括推進(jìn)裝置、矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其連接機(jī)構(gòu)。其中，推進(jìn)裝置提供平面內(nèi)推力，矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供平面內(nèi)轉(zhuǎn)向力矩。兩者之間連接部分為工業(yè)級(jí)傳動(dòng)裝置。機(jī)載控制系統(tǒng)分別向推進(jìn)裝置和矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)，兩者根據(jù)信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)速和矢量角調(diào)整，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)平流層浮空器的矢量推進(jìn)功能。
【專利說明】一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置，它為平流層浮空器提供一種易于實(shí)現(xiàn)的矢量推進(jìn)方案，屬于平流層浮空器設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]平流層浮空器是開發(fā)臨近空間的重要工具之一，其低成本、低機(jī)動(dòng)性、長(zhǎng)工作周期、惡劣工作環(huán)境等特點(diǎn)要求其動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。而常規(guī)飛艇的多操縱面、多控制輸入的動(dòng)力系統(tǒng)增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了其長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性。因此，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、有效、可靠的低速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成為平流層浮空器動(dòng)力系統(tǒng)的主要技術(shù)難題。
[0003]平流層浮空器為典型的非線性系統(tǒng)，其控制器設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜?？刂破髟O(shè)計(jì)初步完成后，需要進(jìn)行控制試驗(yàn)，以驗(yàn)證其可控性，并設(shè)計(jì)相應(yīng)控制參數(shù)，達(dá)到相應(yīng)的控制目標(biāo)。如果進(jìn)行平流層浮空器低空實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證方案可行性，需要大量的科研經(jīng)費(fèi)，并且需要較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)周期。如果對(duì)平流層浮空器方案進(jìn)行等比例縮放，制作一架可以在地面進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)的平流層浮空器縮比驗(yàn)證樣機(jī)。使用縮比驗(yàn)證樣機(jī)進(jìn)行控制器地面驗(yàn)證試驗(yàn)，則可以解決上述難題。
[0004]地面驗(yàn)證試驗(yàn)可以降低研制風(fēng)險(xiǎn)，縮短研制周期。因此，平流層浮空器的地面驗(yàn)證樣機(jī)的制備也是平流層浮空器設(shè)計(jì)過程中所涉及的技術(shù)難題之一。但是，由于地面空氣密度較大，地面驗(yàn)證樣機(jī)可以提供的有效載荷有限，難以將總體方案中矢量驅(qū)動(dòng)方案直接進(jìn)行縮比應(yīng)用。因此，提供一種既保證與總體控制方案的高度吻合，又滿足地面驗(yàn)證樣機(jī)低有效載荷限制的縮比矢量控制方案也是在矢量推進(jìn)裝置研制過程中需要考慮的技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明從工程實(shí)際出發(fā)，利用現(xiàn)有推進(jìn)技術(shù)，結(jié)合平流層浮空器工作環(huán)境，提出了一種可應(yīng)用于各種布局平流層浮空器的簡(jiǎn)單、有效、可靠的全尺寸矢量推進(jìn)裝置。并利用現(xiàn)有無刷電機(jī)與數(shù)字舵機(jī)技術(shù)，結(jié)合平流層浮空器地面試驗(yàn)要求，提出了一種低成本、低結(jié)構(gòu)載荷的平流層浮空器地面樣機(jī)縮比矢量推進(jìn)裝置。
[0006]本發(fā)明的基本原理為:
[0007]矢量推進(jìn)裝置共由三大部分組成，包括推進(jìn)裝置、矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其連接機(jī)構(gòu)。其中，推進(jìn)裝置提供平面內(nèi)推力，矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供平面內(nèi)轉(zhuǎn)向力矩。兩者之間連接部分為工業(yè)級(jí)傳動(dòng)裝置。機(jī)載控制系統(tǒng)分別向推進(jìn)裝置和矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)，兩者根據(jù)信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)速和矢量角調(diào)整，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)平流層浮空器的矢量推進(jìn)功能。
[0008]本發(fā)明一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置由以下部分組成:
[0009]一、平流層浮空器全尺寸矢量推進(jìn)裝置
[0010]平流層浮空器全尺寸矢量推進(jìn)裝置由以下部分組成:矢量電機(jī)、聯(lián)軸器、裝置固定盤、行星減速器、推進(jìn)電機(jī)固定板、推進(jìn)電機(jī)輸出軸支架、推進(jìn)電機(jī)連接架、推進(jìn)電機(jī)輸出軸、減速器、推進(jìn)電機(jī)、螺旋槳，它們之間的裝配關(guān)系為:螺旋槳由推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)電機(jī)固定于電機(jī)連接架，推進(jìn)電機(jī)輸出軸通過工業(yè)用軸承與固定于推進(jìn)電機(jī)固定板，固定板通過行星齒輪減速器、聯(lián)軸器與矢量電機(jī)相連。
[0011]二、平流層浮空器地面樣機(jī)縮比矢量推進(jìn)裝置
[0012]平流層浮空器地面樣機(jī)縮比矢量推進(jìn)裝置由以下部分組成:無刷電機(jī)、螺旋槳、電機(jī)連接架、矢量轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)齒輪、軸承、軸承座、桿箍、舵機(jī)、舵機(jī)連接板，它們之間的裝配關(guān)系為:螺旋槳由無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無刷電機(jī)固連于電機(jī)連接架，電機(jī)連接架與矢量轉(zhuǎn)軸相連，矢量轉(zhuǎn)軸、軸承與軸承座配合形成轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與桿箍連接并固連于機(jī)體，舵機(jī)固定在舵機(jī)連接板上，其輸出軸通過傳動(dòng)齒輪與矢量轉(zhuǎn)軸相連。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]I)全尺寸矢量推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無需復(fù)雜傳動(dòng)裝置即可實(shí)現(xiàn)矢量推進(jìn)功能，可滿足平流層浮空器較為惡劣的工作環(huán)境需求；
[0015]2)全尺寸矢量推進(jìn)裝置可近似實(shí)現(xiàn)360°推力矢量變換，因而大幅度提升了平流層浮空器的機(jī)動(dòng)性能，也為其控制率留下了更多的設(shè)計(jì)空間；
[0016]3)縮比矢量推進(jìn)裝置采用無刷電機(jī)與數(shù)字舵機(jī)技術(shù)，使用機(jī)載自駕儀直接對(duì)電調(diào)和舵機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，無需額外設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，降低了矢量裝置復(fù)雜度與成本；
[0017]4)縮比矢量推進(jìn)裝置采用無刷電機(jī)與數(shù)字舵機(jī)技術(shù)，在保證對(duì)平流層浮空器矢量方案的精確縮比的基礎(chǔ)上，降低了矢量裝置結(jié)構(gòu)重量，解決了低空環(huán)境下氦氣球有效載荷不足的問題；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置控制流程圖
[0019]圖2平流層浮空器地面驗(yàn)證樣機(jī)矢量推進(jìn)裝置控制流程圖
[0020]圖3平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置裝配示意圖
[0021]圖4(左)平流層浮空器地面驗(yàn)證樣機(jī)矢量推進(jìn)裝置裝配示意圖
[0022]圖4(右)平流層浮空器地面驗(yàn)證樣機(jī)矢量推進(jìn)裝置剖面示意圖
[0023]圖中標(biāo)號(hào)含義如下:
[0024]1.矢量電機(jī)；2.聯(lián)軸器；3.裝置固定盤；4.行星減速器；5.推進(jìn)裝置固定板；
[0025]6.推進(jìn)電機(jī)輸出軸支架；7.推進(jìn)電機(jī)連接架；8.推進(jìn)電機(jī)輸出軸；9.減速器；
[0026]10.推進(jìn)電機(jī)；
[0027]11.螺旋槳；12.無刷電機(jī)；13.電機(jī)連接架；14.矢量轉(zhuǎn)軸；15.軸承；
[0028]16.軸承座；17.桿箍；18.舵機(jī)連接板；19.傳動(dòng)齒輪；20.數(shù)字舵機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖1、2和圖3、4分別從控制流程與裝配結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明中全尺寸矢量推進(jìn)裝置控制流程如圖1所示。機(jī)載傳感器采集的機(jī)身姿態(tài)與位置信號(hào)傳輸至機(jī)載計(jì)算機(jī)后，由機(jī)載計(jì)算機(jī)解算出矢量轉(zhuǎn)角期望值與電機(jī)轉(zhuǎn)速期望值，并將其傳輸至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將控制信號(hào)分別作用于矢量電機(jī)和推進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而產(chǎn)生具有矢量角的推力。
[0031]本發(fā)明中縮比矢量推進(jìn)裝置控制流程如圖2所示。機(jī)載傳感器采集的機(jī)身姿態(tài)與位置信號(hào)傳輸至自駕儀后，由自駕儀解算出矢量轉(zhuǎn)角期望值與電機(jī)轉(zhuǎn)速期望值，并將其轉(zhuǎn)換成PWM波信號(hào)，分別作用于數(shù)字舵機(jī)與電子調(diào)速器。數(shù)字舵機(jī)接收到PWM信號(hào)后轉(zhuǎn)動(dòng)期望角度，因而輸出轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，經(jīng)傳動(dòng)齒輪后作用于矢量轉(zhuǎn)軸，最終改變螺旋槳所產(chǎn)生的推力方向。電子調(diào)速器(電調(diào))由鋰電池直接驅(qū)動(dòng)，其接收到來自于自駕儀關(guān)于電機(jī)期望轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)后，調(diào)整輸出至無刷電機(jī)的三相交流電大小，進(jìn)而使其達(dá)到期望轉(zhuǎn)速。另外電調(diào)的信號(hào)接口可輸出5V恒定直流電壓,該電壓可用于向數(shù)字舵機(jī)直接供電。電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變引起螺旋槳產(chǎn)生推力改變，結(jié)合矢量轉(zhuǎn)軸引起的螺旋槳槳面轉(zhuǎn)動(dòng)，可產(chǎn)生矢量推力，達(dá)到矢量推進(jìn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0032]本發(fā)明中全尺寸矢量推進(jìn)裝置裝配方式如圖3所示。[I]矢量電機(jī)通過[2]聯(lián)軸器、[4]行星齒輪減速器與[5]推進(jìn)裝置固定板相連；[4]行星齒輪減速器通過[3]裝置固定盤與平流層浮空器機(jī)身相連；[10]推進(jìn)電機(jī)經(jīng)[9]減速機(jī)與[8]推進(jìn)電機(jī)輸出軸相連；[10]推進(jìn)電機(jī)通過[7]推進(jìn)電機(jī)連接架固定于[5]推進(jìn)裝置固定板；[8]推進(jìn)電機(jī)輸出軸通過軸承、[6]輸出軸支架固定于[5]推進(jìn)裝置固定板，并與螺旋槳相連。
[0033]該推進(jìn)電機(jī)選用工業(yè)級(jí)推進(jìn)電機(jī)，選型時(shí)應(yīng)滿足平流層浮空器工作環(huán)境要求，且需根據(jù)具體平流層浮空器所需推進(jìn)參數(shù)進(jìn)行選配或定制。推進(jìn)電機(jī)由推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供控制信號(hào)，由機(jī)載太陽能電池板或蓄電池提供驅(qū)動(dòng)能源。
[0034]該矢量電機(jī)選用工業(yè)級(jí)大扭矩電機(jī)，選型時(shí)應(yīng)滿足平流層浮空器工作環(huán)境要求，且需根據(jù)具體平流層浮空器所需轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行選配或定制。矢量電機(jī)除滿足上述要求外，應(yīng)內(nèi)置傳感器，可測(cè)量并返回電機(jī)轉(zhuǎn)速及位置信息。矢量電機(jī)控制器應(yīng)滿足一定的精度要求、轉(zhuǎn)角范圍要求、轉(zhuǎn)動(dòng)速率要求及電機(jī)輸出力矩要求等。
[0035]該裝置固定盤上應(yīng)安裝轉(zhuǎn)角位置傳感器，該傳感器可測(cè)量推進(jìn)裝置所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角，并傳輸至機(jī)載采集計(jì)算機(jī)。
[0036]本發(fā)明中縮比矢量推進(jìn)裝置裝配方式如圖4所示。[11]螺旋槳通過固定裝置固連于[12]無刷電機(jī)的輸出軸；無刷電機(jī)通過螺栓固連于[13]電機(jī)連接架；電機(jī)連接架通過螺栓固連于[14]矢量轉(zhuǎn)軸；矢量轉(zhuǎn)軸通過過盈配合與[15]軸承裝配；軸承通過過度配合與[16]軸承座裝配；軸承座通過螺釘固連于[17]桿箍；桿箍則通過一定方式與機(jī)身祐1架連接；[20]數(shù)字舵機(jī)通過螺栓固連于[18]舵機(jī)連接板，并通過[19]傳動(dòng)齒輪向矢量轉(zhuǎn)軸傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。由于矢量推進(jìn)裝置處于長(zhǎng)期震動(dòng)工作環(huán)境，因而所有螺釘須加裝防松墊片，所有螺母須使用防松螺母。
[0037]該無刷電機(jī)選取航模用無刷電機(jī)，由航模用鋰電池通過無刷電子調(diào)速器驅(qū)動(dòng)。無刷電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，提供平流層浮空器所需動(dòng)力。該動(dòng)力系統(tǒng)可根據(jù)自身系統(tǒng)參數(shù)選取適當(dāng)功率的無刷電機(jī)、螺旋槳和電調(diào)。電調(diào)由鋰電池輸入直流電，輸出三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果想要實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需將三根線中任意兩根對(duì)換位置即可。此外，電調(diào)由三根信號(hào)線與機(jī)載自動(dòng)駕駛儀連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0038]該矢量轉(zhuǎn)軸上端與連接有無刷電機(jī)的電機(jī)連接架固連，下端配有傳動(dòng)齒輪，中部與軸承內(nèi)側(cè)通過過盈配合裝配。軸承外側(cè)通過過度配合與軸承座連接，軸承座固連于桿箍。其中，電機(jī)連接架、軸承座、矢量轉(zhuǎn)軸與桿箍均為自主設(shè)計(jì)，由數(shù)控機(jī)床加工完成。軸承則選用工業(yè)通用軸承。
[0039]該數(shù)字舵機(jī)選取航模用通用舵機(jī)，由電調(diào)提供電壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)載自動(dòng)駕駛儀控制。數(shù)字舵機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸通過減速齒輪與矢量轉(zhuǎn)軸下端相連接，減速齒輪的傳動(dòng)比可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)然，也可以直接將數(shù)字舵機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸與矢量轉(zhuǎn)軸固連，此時(shí)傳動(dòng)比為I。但是直接將兩者固連需要保證兩者之間有較好的同軸度，這樣就增加了裝置加工成本。加入減速齒輪則可以很好地解決同軸度問題。
[0040]該數(shù)字舵機(jī)的控制信號(hào)由自駕儀進(jìn)入舵機(jī)內(nèi)部信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。其內(nèi)部的基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，我們可以方便而精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量轉(zhuǎn)角的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置，其特征在于: 平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置共由三大部分組成，包括推進(jìn)裝置、矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其連接機(jī)構(gòu)。其中，推進(jìn)裝置提供平面內(nèi)推力，矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供平面內(nèi)轉(zhuǎn)向力矩。兩者之間連接部分為工業(yè)級(jí)傳動(dòng)裝置。機(jī)載控制系統(tǒng)分別向推進(jìn)裝置和矢量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)，兩者根據(jù)信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)速和矢量角調(diào)整，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)平流層浮空器的矢量推進(jìn)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置，其特征在于: 平流層浮空器全尺寸矢量推進(jìn)裝置由以下部分組成:矢量電機(jī)、聯(lián)軸器、裝置固定盤、行星減速器、推進(jìn)電機(jī)固定板、推進(jìn)電機(jī)輸出軸支架、推進(jìn)電機(jī)連接架、推進(jìn)電機(jī)輸出軸、減速器、推進(jìn)電機(jī)、螺旋槳，它們之間的裝配關(guān)系為:螺旋槳由推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)電機(jī)固定于電機(jī)連接架，推進(jìn)電機(jī)輸出軸通過工業(yè)用軸承與固定于推進(jìn)電機(jī)固定板，固定板通過行星齒輪減速器、聯(lián)軸器與矢量電機(jī)相連。 全尺寸矢量推進(jìn)裝置控制流程:機(jī)載傳感器采集的機(jī)身姿態(tài)與位置信號(hào)傳輸至機(jī)載計(jì)算機(jī)后，由機(jī)載計(jì)算機(jī)解算出矢量轉(zhuǎn)角期望值與電機(jī)轉(zhuǎn)速期望值，并將其傳輸至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將控制信號(hào)分別作用于矢量電機(jī)和推進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而產(chǎn)生具有矢量角的推力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平流層浮空器矢量推進(jìn)裝置，其特征在于: 平流層浮空器地面樣機(jī)縮比矢量推進(jìn)裝置由以下部分組成:無刷電機(jī)、螺旋槳、電機(jī)連接架、矢量轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)齒輪、軸承、軸承座、桿箍、舵機(jī)、舵機(jī)連接板，它們之間的裝配關(guān)系為:螺旋槳由無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無刷電機(jī)固連于電機(jī)連接架，電機(jī)連接架與矢量轉(zhuǎn)軸相連，矢量轉(zhuǎn)軸、軸承與軸承座配合形成轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與桿箍連接并固連于機(jī)體，舵機(jī)固定在舵機(jī)連接板上，其輸出軸通過傳動(dòng)齒輪與矢量轉(zhuǎn)軸相連。 縮比矢量推進(jìn)裝置控制流程:機(jī)載傳感器采集的機(jī)身姿態(tài)與位置信號(hào)傳輸至自駕儀后，由自駕儀解算出矢量轉(zhuǎn)角期望值與電機(jī)轉(zhuǎn)速期望值，并將其轉(zhuǎn)換成PWM波信號(hào)，分別作用于數(shù)字舵機(jī)與電子調(diào)速器。數(shù)字舵機(jī)接收到PWM信號(hào)后轉(zhuǎn)動(dòng)期望角度，因而輸出轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，經(jīng)傳動(dòng)齒輪后作用于矢量轉(zhuǎn)軸，最終改變螺旋槳所產(chǎn)生的推力方向。電子調(diào)速器(電調(diào))由鋰電池直接驅(qū)動(dòng)，其接收到來自于自駕儀關(guān)于電機(jī)期望轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)后，調(diào)整輸出至無刷電機(jī)的三相交流電大小，進(jìn)而使其達(dá)到期望轉(zhuǎn)速。另外電調(diào)的信號(hào)接口可輸出5V恒定直流電壓，該電壓可用于向數(shù)字舵機(jī)直接供電。電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變引起螺旋槳產(chǎn)生推力改變，結(jié)合矢量轉(zhuǎn)軸引起的螺旋槳槳面轉(zhuǎn)動(dòng)，可產(chǎn)生矢量推力，達(dá)到矢量推進(jìn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平流層浮空器全尺寸矢量推進(jìn)裝置，其特征在于: 該推進(jìn)電機(jī)選用工業(yè)級(jí)推進(jìn)電機(jī)，選型時(shí)應(yīng)滿足平流層浮空器工作環(huán)境要求，且需根據(jù)具體平流層浮空器所需推進(jìn)參數(shù)進(jìn)行選配或定制。推進(jìn)電機(jī)由推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供控制信號(hào)，由機(jī)載太陽能電池板或蓄電池提供驅(qū)動(dòng)能源。該矢量電機(jī)選用工業(yè)級(jí)大扭矩電機(jī)，選型時(shí)應(yīng)滿足平流層浮空器工作環(huán)境要求，且需根據(jù)具體平流層浮空器所需轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行選配或定制。矢量電機(jī)除滿足上述要求外，應(yīng)內(nèi)置傳感器，可測(cè)量并返回電機(jī)轉(zhuǎn)速及位置信息。矢量電機(jī)控制器應(yīng)滿足一定的精度要求、轉(zhuǎn)角范圍要求、轉(zhuǎn)動(dòng)速率要求及電機(jī)輸出力矩要求等。該裝置固定盤上應(yīng)安裝轉(zhuǎn)角位置傳感器，該傳感器可測(cè)量推進(jìn)裝置所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角，并傳輸至機(jī)載采集計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平流層浮空器縮比矢量推進(jìn)裝置，其特征在于: 該無刷電機(jī)選取航模用無刷電機(jī)，由航模用鋰電池通過無刷電子調(diào)速器驅(qū)動(dòng)。無刷電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，提供平流層浮空器所需動(dòng)力。該動(dòng)力系統(tǒng)可根據(jù)自身系統(tǒng)參數(shù)選取適當(dāng)功率的無刷電機(jī)、螺旋槳和電調(diào)。電調(diào)由鋰電池輸入直流電，輸出三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果想要實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需將三根線中任意兩根對(duì)換位置即可。此夕卜，電調(diào)由三根信號(hào)線與機(jī)載自動(dòng)駕駛儀連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 該矢量轉(zhuǎn)軸上端與連接有無刷電機(jī)的電機(jī)連接架固連，下端配有傳動(dòng)齒輪，中部與軸承內(nèi)側(cè)通過過盈配合裝配。軸承外側(cè)通過過度配合與軸承座連接，軸承座固連于桿箍。其中，電機(jī)連接架、軸承座、矢量轉(zhuǎn)軸與桿箍均為自主設(shè)計(jì)，由數(shù)控機(jī)床加工完成。軸承則選用工業(yè)通用軸承。 該數(shù)字舵機(jī)選取航模用通用舵機(jī)，由電調(diào)提供電壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)載自動(dòng)駕駛儀控制。數(shù)字舵機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸通過減速齒輪與矢量轉(zhuǎn)軸下端相連接，減速齒輪的傳動(dòng)比可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。也可以直接將數(shù)字舵機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出軸與矢量轉(zhuǎn)軸固連，此時(shí)傳動(dòng)比為I。
【文檔編號(hào)】B64B1/24GK104210640SQ201410476760
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】祝明, 陳天, 殷實(shí) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)