[發明專利]撲翼旋翼混合動力的仿昆蟲飛行器的控制方法

在審

• 申請號: 202210326159.7
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114735215A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 李昊澤;鄭祥明;和浩然;章卓耿
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C39/00
• 分類號: B64C39/00;B64C33/02;B64C1/06;B64C27/32
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種翼旋翼混合動力的仿昆蟲飛行器的飛行控制方法，其特征在于：包含六個執行器，分別為左撲翼動力組、右撲翼動力組、頭旋翼動力組、尾旋翼動力組、頭矢量舵機和尾矢量舵機；所述撲翼旋翼混合動力仿昆蟲飛行器的飛行可以分解為四個自由度的基本運動：升降運動，俯仰運動，滾轉運動，偏航運動；受運動耦合的作用，俯仰運動將進一步影響前后的縱向運動，滾轉運動將進一步影響左右的橫向運動，通過對六個執行器協同控制，實現飛行器的各個自由度運動的控制。

2.根據權利要求1所述的翼旋翼混合動力的仿昆蟲飛行器的飛行控制方法，其特征在于：

所述升降運動的控制方法為：在飛控系統的配置中，將控制輸出的油門通道信號同步分配給左右撲翼動力組和頭尾旋翼動力組；旋翼動力組的油門信號將表現為無刷電機的轉速，進而表現為螺旋槳的轉速，從而影響升力的大小；撲翼動力組的油門信號將表現為撲翼電機的轉速，進而表現為撲翼撲動的頻率，從而影響撲翼升力的大小；根據不同的需要，分別調整撲翼和旋翼動力的相對比例大小，從而可以調節在懸停飛行時飛行器的整體振動水平；當增大油門的信號時，四個電機的轉速將會同步增大，使總升力大于飛行器的重力，從而產生飛行器的上升運動；四個電機的轉速同步減小時，飛行器則會向下運動；

所述俯仰運動的控制方法為：飛控系統將控制輸出的俯仰通道信號分別正負分配給頭尾旋翼動力組，因此俯仰通道控制信號將反應為頭尾旋翼動力組螺旋槳的差速旋轉；當兩個螺旋槳轉速不一致時，飛行器的頭部和尾部將會產生升力差，進而產生俯仰力矩，機身向前或向后傾斜，從而實現俯仰運動和縱向運動；

所述偏航運動的控制方法為：飛控系統將控制輸出的偏航通道信號同步分配給頭尾矢量舵機；矢量舵機可以驅動旋翼動力組整體左右偏轉，從而使旋翼的推力產生一定的橫向分力；由于矢量舵機朝相反方向安裝，因此偏航通道信號將反應為頭尾矢量舵機搖臂及其旋翼動力組朝相反方向的矢量偏轉，進而產生頭尾方向相反的橫向分力；這組橫向分力繞重心豎軸會形成一個航向偏轉力矩，機身向左或向右偏航，從而實現偏航運動的控制；

所述雙模式飛行控制方法為：根據實際應用場景，選擇撲翼動力組的開啟或關閉；如果撲翼動力組開啟，則為撲翼旋翼混合動力模式；如果撲翼動力組關閉或不安裝撲翼，則為純旋翼動力模式。

3.根據權利要求2所述的翼旋翼混合動力的仿昆蟲飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述撲翼旋翼混合動力模式的滾轉運動控制方法為：飛控系統將控制輸出的滾轉通道信號分別正負分配給左右撲翼動力組，因此滾轉通道信號將反應為左右撲翼動力組撲翼撲動頻率的差異；當左右兩組撲翼撲動頻率不一致時，飛行器的左右兩側將會產生升力差，進而產生滾轉力矩，機身向左或向右傾斜，從而實現滾轉運動和橫向運動。

4.根據權利要求2所述的翼旋翼混合動力的仿昆蟲飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述純旋翼動力模式的滾轉運動控制方法為：飛控系統將控制輸出的滾轉通道信號分別正負分配給頭尾矢量舵機，由于矢量舵機朝相反方向安裝，因此偏航通道信號將反應為頭尾矢量舵機搖臂及其旋翼動力組朝相同方向的矢量偏轉，進而產生整體同向的矢量推力；由于矢量旋翼動力組的轉軸高于重心縱軸，產生矢量力臂，因此這組矢量推力將繞重心縱軸形成一個滾轉力矩，機身向左或向右傾斜，從而實現滾轉運動和橫向運動的控制。