双余度旋翼操纵系统及无人自转旋翼机的控制方法与流程

本公开涉及航空器设计，尤其涉及一种双余度旋翼操纵系统及无人自转旋翼机的控制方法。

背景技术：

1、自转旋翼机是一种利用来流驱动旋翼自转产生升力，螺旋桨推/拉克服前飞阻力的旋翼飞行器。传统的对旋翼操纵的方式，一般是通过采用两个舵机共同进行控制的方式驱动原连杆实现旋翼的俯仰控制。

2、在实现本公开的发明构思的过程中，发明人发现，传统的对旋翼操纵的方式具有耦合现象，存在单个舵机故障后造成旋翼升降和俯仰不能操纵的问题，容易产生无人自转旋翼机的飞行安全隐患。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种双余度旋翼操纵系统及无人自转旋翼机的控制方法。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种双余度旋翼操纵系统，应用于无人自转旋翼机，包括：

3、主支杆，主支杆的一端设置旋翼头，主支杆的另一端与无人自转旋翼机的机身固定连接；

4、十字节，通过俯仰轴与旋翼头连接，以使旋翼头围绕俯仰轴以十字节为支点进行旋转运动；十字节通过滚转轴与连接件连接，以使十字节围绕滚转轴以连接件为支点进行旋转运动；连接件与主支杆固定连接；

5、俯仰操纵子系统，设置在主支杆的一侧，被配置为通过俯仰操纵舵机操纵旋翼头进行俯仰方向的运动；

6、滚转操纵子系统，设置在主支杆的另一侧，被配置为通过滚转操纵舵机操纵旋翼头进行滚转方向的运动。

7、根据本公开的实施例，俯仰操纵子系统包括：

8、俯仰方向位移传感器，与旋翼头和主支杆连接，用于测量旋翼头的俯仰角度；

9、俯仰操纵舵机，与旋翼头、俯仰下摇臂和主支杆连接，用于操纵旋翼头进行俯仰方向的运动。

10、根据本公开的实施例，俯仰操纵舵机包括：

11、俯仰操纵主舵机，与旋翼头和俯仰下摇臂连接；其中，俯仰下摇臂与主支杆连接；

12、俯仰操纵备份舵机，设置在俯仰操纵主舵机的下方，俯仰操纵备份舵机与俯仰下摇臂和主支杆连接。

13、根据本公开的实施例，在俯仰操纵备份舵机静止时，俯仰操纵备份舵机与俯仰下摇臂、主支杆组成三角形结构，俯仰操纵主舵机用于操纵旋翼头进行俯仰方向的运动。在俯仰操纵主舵机静止时，俯仰操纵主舵机、俯仰下摇臂、旋翼头和主支杆组成四边形结构，俯仰操纵备份舵机用于操纵旋翼头进行俯仰方向的运动。

14、根据本公开的实施例，俯仰操纵子系统还包括：

15、俯仰操纵主控制器，用于控制俯仰操纵主舵机和俯仰操纵备份舵机；

16、俯仰操纵备份控制器，用于在俯仰操纵主控制器停止工作的情况下，控制俯仰操纵主舵机和俯仰操纵备份舵机；

17、俯仰操纵主控制器和俯仰操纵备份控制器之间的控制数据实时同步。

18、根据本公开的实施例，滚转操纵子系统，包括：

19、滚转角度传感器，与旋翼头和十字节连接，用于测量十字节的转动角度；

20、滚转操纵舵机，与旋翼头、滚转下摇臂和主支杆连接，用于操作旋翼头进行滚转方向的运动。

21、根据本公开的实施例，滚转操纵舵机包括：

22、滚转操纵主舵机，与旋翼头和滚转下摇臂连接；其中，滚转下摇臂与主支杆连接；

23、滚转操纵备份舵机，设置在滚转操纵主舵机的下方，滚转操纵备份舵机与滚转下摇臂和主支杆连接。

24、根据本公开的实施例，在滚转操纵备份舵机静止时，滚转操纵备份舵机与滚转下摇臂、主支杆组成三角形结构，滚转操纵主舵机用于操纵旋翼头进行滚转方向的运动。在滚转操纵主舵机静止时，滚转操纵主舵机、滚转下摇臂、旋翼头和主支杆组成四边形结构，滚转操纵备份舵机用于操纵旋翼头进行滚转方向的运动。

25、根据本公开的实施例，滚转操纵子系统还包括：

26、滚转操纵主控制器，用于控制滚转操纵主舵机和滚转操纵备份舵机；

27、滚转操纵备份控制器，用于在滚转操纵主控制器停止工作的情况下，控制滚转操纵主舵机和滚转操纵备份舵机；

28、滚转操纵主控制器和滚转操纵备份控制器之间的控制数据实时同步。

29、本公开的另一方面提供了一种无人自转旋翼机的控制方法，应用于目标操纵主控制器，无人自转旋翼机上安装上述操纵系统，目标操纵主控制器包括俯仰操纵主控制器和/或滚转操纵主控制器，包括：

30、接收由飞控计算机发送的目标操纵指令，其中，目标操纵指令中包括目标运动角度信息；

31、在目标操纵主舵机工作状态正常情况下，驱动目标操纵主舵机按照目标运动角度信息进行工作，以使得无人自转旋翼机完成目标动作，其中，目标动作包括俯仰动作和/或滚转动作；

32、向目标操纵备份控制器发送备份数据，并控制目标操纵备份控制器处于锁定状态。

33、根据本公开的实施例，上述控制方法还包括：

34、在目标操纵主舵机工作状态异常情况下，接收由飞控计算机发送的切换操纵指令；

35、根据切换操纵指令，驱动目标操纵主舵机停止工作，并启用目标操纵备份舵机按照目标操纵指令进行工作。

36、本公开的另一方面提供了一种无人自转旋翼机的控制方法，应用于目标操纵备份控制器，其中，无人自转旋翼机上安装有上述操纵系统，目标操纵备份控制器包括俯仰操纵备份控制器和/或滚转操纵备份控制器，包括：

37、在目标操纵主控制器工作状态异常的情况下，接收由飞控计算机发送的目标操纵指令；

38、在目标操纵主舵机工作状态正常情况下，驱动目标操纵主舵机根据备份数据进行工作，以使无人自转旋翼机完成目标动作，其中，目标动作包括俯仰动作和/或滚转动作；其中，备份数据是由目标操纵主控制器发送的。

39、根据本公开的实施例，上述控制方法还包括：

40、在目标操纵主舵机工作状态异常情况下，接收由飞控计算机发送的切换操纵指令；

41、根据切换操纵指令，驱动目标操纵主舵机停止工作，并启用目标操纵备份舵机按照备份数据进行工作。

42、根据本公开提供的双余度旋翼操纵系统，通过设置在主支杆一侧的俯仰操纵子系统操纵旋翼头进行俯仰方向的运动，设置在主支杆另一侧的滚转操纵子系统操纵旋翼头进行滚转方向的运动。由于旋翼头通过俯仰轴与十字节连接，使得旋翼头围绕俯仰轴以十字节为支点进行旋转运动；十字节通过滚转轴与连接件连接，以使十字节为荣滚转轴以连接件为支点进行旋转运动，从而实现了旋翼头在俯仰、滚转两个方向上互不干扰。因此，至少部分的解决了传统的对旋翼操纵的方式具有耦合现象，存在单个舵机故障后造成旋翼升降和俯仰不能操纵的问题，容易产生无人自转旋翼机的飞行安全隐患，实现了在俯仰、滚转任意一个方向上的操纵出现故障的情况下不影响另一个方向的操纵的技术效果。

技术特征：

1.一种双余度旋翼操纵系统，应用于无人自转旋翼机，包括：

2.根据权利要求1所述的操纵系统，其中，所述俯仰操纵子系统包括：

3.根据权利要求2所述的操纵系统，其中，所述俯仰操纵舵机包括：

4.根据权利要求3所述的操纵系统，其中，

5.根据权利要求2所述的操纵系统，其中，所述俯仰操纵子系统还包括：

6.根据权利要求1所述的操纵系统，其中，所述滚转操纵子系统，包括：

7.根据权利要求6所述的操纵系统，其中，所述滚转操纵舵机包括：

8.根据权利要求7所述的操纵系统，其中，

9.根据权利要求6所述的操纵系统，其中，所述滚转操纵子系统还包括：

10.一种无人自转旋翼机的控制方法，应用于目标操纵主控制器，其中，所述无人自转旋翼机上安装有权利要求1～9任一项所述的操纵系统，所述目标操纵主控制器包括俯仰操纵主控制器和/或滚转操纵主控制器，包括：

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

12.一种无人自转旋翼机的控制方法，应用于俯仰操纵备份控制器，其中，所述无人自转旋翼机上安装有权利要求1～9任一项所述的操纵系统，所述目标操纵备份控制器包括俯仰操纵备份控制器和/或滚转操纵备份控制器，包括：

13.根据权利要求12所述的控制方法，还包括：

技术总结本公开提供了一种双余度旋翼操纵系统及无人自转旋翼机的控制方法，可以应用于航空器设计技术领域。该操纵系统包括：主支杆，主支杆的一端设置旋翼头，主支杆的另一端与无人自转旋翼机的机身固定连接；十字节，通过俯仰轴与旋翼头连接，以使旋翼头围绕俯仰轴以十字节为支点进行旋转运动；十字节通过滚转轴与连接件连接，以使十字节围绕滚转轴以连接件为支点进行旋转运动；连接件与主支杆固定连接；俯仰操纵子系统，设置在主支杆的一侧，被配置为通过俯仰操纵舵机操纵旋翼头进行俯仰方向的运动；滚转操纵子系统，设置在主支杆的另一侧，被配置为通过滚转操纵舵机操纵旋翼头进行滚转方向的运动。技术研发人员：高星亮受保护的技术使用者：西安京东天鸿科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/6