[發明專利]縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器及其飛行控制方法

在審

• 申請號: 202210698675.2
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN114987753A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 李昊澤;鄭祥明;和浩然
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C27/52
• 分類號: B64C27/52;B64C27/14;B64D43/00;G05D1/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器，其特征在于：包括機身、機架、左傾轉旋翼動力組、右傾轉旋翼動力組、尾傾轉旋翼組和電子設備，左傾轉旋翼動力組、右傾轉旋翼動力組分別通過機架連接在機身兩側，尾傾轉旋翼組通過機架連接在機身后端，電子設備設置在機身內部；

所述左傾轉旋翼動力組和右傾轉旋翼動力組鏡像對稱分布在機身兩側，均包括電機座、無刷電機、螺旋槳、槳夾、舵機、舵盤、動齒輪、定齒輪、軸承、底殼；所述無刷電機安裝在電機座上，螺旋槳同軸安裝在無刷電機上，槳夾放置于螺旋槳上方，槳夾和螺旋槳與無刷電機緊固連接；所述舵機安裝在電機座下方的舵機槽中，通過花鍵驅動舵盤旋轉；所述動齒輪與舵盤同軸安裝緊固連接；所述軸承共有兩個，所述定齒輪置于兩個軸承之間，三者分別套在機架外表面上，三者的內表面與機架的外表面過盈配合并粘接在一起；動齒輪與定齒輪互相嚙合，驅動整個旋翼動力組繞機架360°傾轉；底殼與電機座對齊并固定在一起；

所述尾傾轉旋翼動力組包括尾電機座、尾無刷電機、尾螺旋槳、尾舵機、尾舵盤、尾動齒輪、尾定齒輪、尾底殼；所述尾無刷電機安裝在尾電機座上，所述尾螺旋槳同軸安裝在尾無刷電機上，尾螺旋槳與尾無刷電機緊固連接；所述尾舵機安裝在尾電機座下方的舵機槽中，通過花鍵驅動尾舵盤旋轉；所述尾動齒輪與尾舵盤同軸安裝；所述尾定齒輪套在機架中間的外表面上，兩者過盈配合并粘接在一起，尾動齒輪與尾定齒輪互相嚙合，驅動整個尾旋翼動力組繞機架360°傾轉，尾底殼與尾電機座對齊并固定在一起。

2.根據權利要求1所述的縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器，其特征在于：所述機身包括上板、下板、縱板、管夾、機艙前段、機艙中段、機艙后段；所述上板與下板之間通過管夾支撐連接，上板、管夾和下板三者固定壓緊；所述縱板固定于上板和下板之間，與上板、管夾和下板三者組成整體艙板結構，上板和下板之間的間隙形成卡槽；所述機艙中段套在整體艙板外側，并沿卡槽滑到整體艙板中間，所述機艙前段和所述機艙后段分別從前后兩個方向，沿卡槽向內滑動，直到與機艙中段接觸并對齊。

3.根據權利要求1或2所述的縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器，其特征在于：所述機架包括前臂、中臂、尾臂、雙尾撐、起落架、連接件；所述前臂穿過機艙中段的前臂孔中，在機身內部被多個管夾夾緊固定；所述中臂穿過機艙中段的中臂孔中，在機身內部同樣被多個管夾夾緊固定；前臂用于在兩端安裝左右傾轉旋翼動力組；中臂長度短于前臂，用于在兩端固定雙尾撐；所述雙尾撐向后懸空，末端用于固定尾臂；兩只起落架分置在機身兩側，位于雙尾撐之間，用于在起飛和降落期間穩定地支撐整架飛行器。

4.根據權利要求1所述的縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器，其特征在于：所述電子設備包括飛控、電子調速器、電池、接收機、數傳模塊、電源模塊、GPS定位模塊；所述飛控用于自動控制飛行器的穩定飛行，所述電子調速器用于給無刷電機供電和調整轉速，所述電池用于為整架飛行器的動力系統和控制系統供電，所述接收機用于接收遙控器的信號，所述數傳模塊用于與地面站通訊和收發任務指令信息，所述電源模塊用于測量電池的電壓電流以及給飛控供電，所述GPS定位模塊用于接收GPS衛星信息，并為飛行器定位和導航。

5.一種縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：以接近于水平姿態的虛擬機體作為控制對象，將大俯仰角的控制問題轉化為傳統多旋翼的小角度問題，具體包括前后移動的控制方法、升降運動的控制方法、滾轉運動的控制方法、偏航運動的控制方法和俯仰運動的控制方法；所述虛擬機體坐標系的y軸與機臂平行并指向右，x軸總是平行于水平面指向前，z軸按右手定則確定并朝下，所述俯仰運動繞y軸，所述滾轉運動繞x軸，所述偏航運動繞z軸。

6.根據權利要求5所述的縱向動力學解耦傾轉旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述前后移動的控制方法是指，左俯仰舵機和右俯仰舵機同步前后傾轉，驅動左右動力模塊產生縱向水平分力，使飛行器前后移動。

7.根據權利要求5所述的縱向動力學解耦傾轉旋翼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是指，左右尾三組旋翼電機同步增減動力，使飛行器在豎直方向上產生加速度，進而實現升降運動。