本發(fā)明涉及垂直起降無人機，具體為垂直起降無人機矢量拉力裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

可垂直起降固定翼無人機既擁有傳統(tǒng)固定翼無人機的航時長、任務(wù)載荷大、功效高等優(yōu)點，又兼具傳統(tǒng)旋翼無人機可垂直起降、可懸停、對起降場地要求低等優(yōu)勢。

尾坐式垂直起降無人機是一種較常見的垂直起降無人機，該無人機采用尾坐式停放，垂直起飛，到達(dá)預(yù)定高度后由垂直姿態(tài)逐漸傾斜，最終到達(dá)平飛姿態(tài)。降落時，首先進(jìn)行大仰角爬升,在姿態(tài)接近于垂直狀態(tài)時減少發(fā)動機轉(zhuǎn)速，無人機緩慢下降直至落地。當(dāng)垂直起降無人機處于垂直姿態(tài)時迎風(fēng)面積比較大，在接近地面時空氣會產(chǎn)生地面效應(yīng)，舵面控制減弱或失效，當(dāng)陣風(fēng)吹來無人機很容易傾倒顛覆，很難完成垂直降落的目的。目前解決的辦法是：在降落的過程中使無人機保持小于90^。仰角，減小迎風(fēng)面積，完成短距滑翔降落。該方法需要無人機進(jìn)行一段短距滑翔，未到達(dá)垂直降落的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于避免無人機垂直降落時傾倒顛覆的矢量拉力裝置，同時提供一種使用此種裝置實現(xiàn)的矢量拉力控制方法。技術(shù)方案如下：

一種矢量拉力裝置，用于垂直起降無人機，所述的垂直起降無人機包括機體1，副翼2和垂尾3，其特征在于，所述的矢量拉力裝置包括擺動式發(fā)動機座51,固定式發(fā)動機座53,支座連接光軸56,法蘭軸承57,控制舵機54,球頭連接光軸55,球頭拉桿52,第一球頭59和第二球頭58，其中，

固定式發(fā)動機座53用于將發(fā)動機4固定在機體1上，控制舵機54固定在固定式發(fā)動機座53上；在固定式發(fā)動機座53上通過法蘭軸承57連接有支座連接光軸56，擺動式發(fā)動機座51設(shè)置在支座連接光軸56上，能夠繞支座連接光軸56轉(zhuǎn)動；

在擺動式發(fā)動機座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定有第一球頭59，在控制舵機54的舵機搖臂上固定有第二球頭58，兩個球頭通過球頭拉桿52剛性連接。

本發(fā)明同時提供一種采用所述的矢量拉力裝置實現(xiàn)的垂直起降無人機矢量拉力控制方法，在垂直起降無人機的兩個機體機翼前緣各固定一套矢量拉力裝置，兩套矢量拉力裝置相對于機身對稱布置，安裝方向與機頭方向一致，在起飛時矢量拉力裝置固定姿態(tài)，保證無人機擁有一個垂直向上的拉力垂直上升；在降落過程中，矢量拉力裝置產(chǎn)生一個矢量角，使無人機的拉力抵消地面效應(yīng)和陣風(fēng)對無人機姿態(tài)的影響?？刂品绞饺缦拢?/p>

1)起飛時，矢量拉力裝置進(jìn)入固定模式，擺動式發(fā)動機座保持水平，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直拉力使無人機快速垂直上升。

2)無人機達(dá)到預(yù)定高度后，無人機通過副翼產(chǎn)生的舵效控制，由垂直姿態(tài)轉(zhuǎn)變到水平姿態(tài)，矢量拉力裝置轉(zhuǎn)換到差動模式，當(dāng)調(diào)控?zé)o人機姿態(tài)的副翼失效或者超出設(shè)定閾值時，啟用矢量拉力裝置，輔助副翼對無人機姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3)無人機由飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)到備降姿態(tài)過程中，矢量拉力裝置設(shè)定為同步模式，此時無人機上的兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座同步同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向使無人機姿態(tài)改變的效果與調(diào)節(jié)副翼產(chǎn)生使無人機姿態(tài)改變的效果相同，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)變姿態(tài)的作用。

4)無人機垂直降落過程中，矢量拉力裝置進(jìn)入混合模式，該模式下，無人機上的兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座混合轉(zhuǎn)動：當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機的俯仰角度時，兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座同向轉(zhuǎn)動；當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機的滾轉(zhuǎn)角度時，兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座反向轉(zhuǎn)動。

垂直起降無人機上應(yīng)用矢量拉力裝置可以增加無人機的機動特性和穩(wěn)定特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的垂直起降無人機結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述矢量拉力裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖3是本發(fā)明所述矢量拉力裝置主視刨面圖。

圖4是本發(fā)明所述矢量拉力裝置擺動式發(fā)動機座擺動原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1-4所示，垂直起降無人機矢量拉力裝置，所述垂直起降無人機設(shè)有包括機體1，副翼2，垂尾3，發(fā)動機4，矢量拉力裝置5。所述垂直起降無人機矢量拉力裝置包括擺動式發(fā)動機座51,球頭拉桿52,固定式發(fā)動機座53,，控制舵機54,球頭連接光軸55,支座連接光軸56,法蘭軸承57,球頭58。

參見圖1-4，固定式發(fā)動機座53通過機械的連接固定在機體1的機翼前緣上，控制舵機54通過四顆螺絲固定在固定式的發(fā)動機座53上，發(fā)動機4通過螺栓固定在擺動式發(fā)動機座51上,擺動式發(fā)動機座51通過支座連接光軸56和法蘭軸承57與固定式發(fā)動機座53相連，使擺動式發(fā)動機座51可以在固定式的發(fā)動機座53繞支座連接光軸56轉(zhuǎn)動，然后在擺動式發(fā)動機座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定好一個球頭59，再在控制舵機54的舵機搖臂上固定一個球頭58，在確定好球頭拉桿52的長度后，用球頭拉桿52連接已經(jīng)固定好的兩個球頭，使舵機搖臂轉(zhuǎn)動時擺動式發(fā)動機座51也可以隨之?dāng)[動。

裝有矢量拉力裝置的垂直起降無人機的控制方法采用對矢量拉力裝置的矢量控制配合副翼2產(chǎn)生的舵效來對垂直起降無人機進(jìn)行垂直起降過程和飛行過程的控制，從而使垂直起降無人機可以更加的平穩(wěn)的起降，提高飛機的安全性，靈活性，穩(wěn)定性等。

圖1中垂尾3在使飛機在左右(偏航)方向具有一定的靜穩(wěn)定性的同時也起到起落架的作用。

垂直起降無人機矢量拉力裝置控制方法的具體實施步驟如下：

1)起飛時，矢量拉力裝置5進(jìn)入固定模式，擺動式發(fā)動機支座51保持水平，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直拉力使無人機快速垂直上升。

2)無人機達(dá)到預(yù)定高度后，無人機通過副翼2產(chǎn)生的舵效控制由垂直姿態(tài)轉(zhuǎn)變到水平姿態(tài)，矢量拉力裝置5轉(zhuǎn)換到差動模式。當(dāng)調(diào)控?zé)o人機姿態(tài)的副翼2失效或者超出設(shè)定閾值時，啟用矢量拉力裝置5，輔助副翼2對無人機姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3)無人機由飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)到備降姿態(tài)過程中，矢量拉力裝置5設(shè)定為同步模式。此時無人機上的兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機支座51同步同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向使無人機姿態(tài)改變的效果與調(diào)節(jié)副翼2產(chǎn)生使無人機姿態(tài)改變的效果相同，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)變姿態(tài)的作用。

4)無人機垂直降落過程中，對矢量拉力裝置5的控制進(jìn)入混合模式。該模式下，無人機上的兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座混合轉(zhuǎn)動。當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機的俯仰角度時，兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座同向轉(zhuǎn)動；當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人機的滾轉(zhuǎn)角度時，兩個矢量拉力裝置的擺動式發(fā)動機座反向轉(zhuǎn)動。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種矢量拉力裝置，包括擺動式發(fā)動機座51,固定式發(fā)動機座53,支座連接光軸56,法蘭軸承57,控制舵機54,球頭連接光軸55,球頭拉桿52,第一球頭59和第二球頭58，控制舵機54固定在固定式發(fā)動機座53上；在固定式發(fā)動機座53上通過法蘭軸承57連接有支座連接光軸56，擺動式發(fā)動機座51設(shè)置在支座連接光軸56上；在擺動式發(fā)動機座51的側(cè)邊通過球頭連接光軸55固定有第一球頭59，在控制舵機54的舵機搖臂上固定有第二球頭58，兩個球頭通過球頭拉桿52剛性連接。本發(fā)明同時提供一種采用所述的矢量拉力裝置實現(xiàn)的垂直起降無人機矢量拉力控制方法。

技術(shù)研發(fā)人員：段萍;高雪;丁承君;尹李亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué);泰華宏業(yè)（天津）機器人技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.12.09
技術(shù)公布日：2017.07.07