一种双旋翼直升机系统及控制策略的制作方法

1.本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种双旋翼直升机系统和控制策略。


背景技术：

2.近十几年来，随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的研究进展，无人直升机得到了迅速的发展，正日益成为人们关注的焦点；在无人直升飞机领域，直升无人机成为一种飞行器界的新物种；然而普通直升机其技术已经出现普遍化，发展缓慢，并且此类飞行器的控制方法和结构也相对比较的复杂。
3.现今已公知的纵列双旋翼直升机的旋翼系统的是完整的可以完成周期变距和总局的旋翼系统，其包含的两套旋翼系统具使用三个舵机驱动变距，整机总共6套驱动舵机。其每个旋翼系统都有独立的俯仰横滚方向操纵，其双旋翼互相之间只平衡反扭距，并且其结构相对复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种双旋翼直升机系统及控制策略。
5.为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种双旋翼直升机系统，包括纵列机身，在纵列机身上设置有至少一套定向周期变距旋翼系统，所述的定向周期变距旋翼系统包括动力组件、中心轴组件、变距旋翼组件、倾斜器组件以及倾斜驱动器组件；所述的倾斜驱动器组件包括舵机驱动器，舵机输出摇臂，定位固定悬臂；所述的舵机输出摇臂一端固定连接在舵机驱动器扭矩输出轴上；所述的定位固定悬臂的一端与倾斜驱动器安装座上伸出杆的一端铰接；所述的中心轴组件包括动力驱动器底座，中心固定轴，倾斜驱动器安装座；所述的中心固定轴穿过动力组件、变距旋翼组件、倾斜器组件；所述的动力驱动器底座和倾斜驱动器安装座分别固定安装在中心固定轴的上下两端；所述的舵机驱动器固定安装在倾斜驱动器安装座上；所述的动力组件固定安装在动力驱动器底座上；所述的倾斜器组件包括倾斜动环，倾斜静环，变距驱动力臂，倾斜驱动力臂，斜盘方位定位力臂，万向轴承；所述的倾斜动环内侧与倾斜静环外侧通过轴承铰接，倾斜动环与倾斜静环之间可相互转动；所述的万向轴承与所述的倾斜静环内侧铰接；两个所述的变距驱动力臂一端分别与所述的倾斜动环两侧的侧边伸出杆铰接；所述的倾斜驱动力臂的一端与所述的倾斜静环一侧边伸出杆铰接；所述的斜盘方位定位力臂的一端与所述的倾斜静环的另一侧边伸出杆铰接；所述的变距旋翼组件包括旋翼桨毂，旋翼桨夹，直升机桨叶，变距连杆；所述的变距旋翼组件组件上设有两个所述的旋翼桨夹，其末端分别与旋翼桨毂固定连接；所述的两个所述的旋翼桨夹前端分别安装有所述的直升机桨叶；所述的变距连杆为y型的杆件，分别设两个所述的变距连杆，一个变距连杆的两个伸出杆分别与两个旋翼桨夹的一侧面固定连接，另一个变距连杆的两个伸出杆分别与两个旋翼桨夹的另一侧面固定连接；
所述的万向轴承内侧安装在中心固定轴上；所述的旋翼桨毂末端与所述的动力组件扭矩输出轴固定连接；所述的两个变距连杆的另一端分别与所述的两个变距驱动力臂的另一端铰接；所述的舵机输出摇臂的另一端与所述的倾斜驱动力臂的另一端铰接；所述的定位固定悬臂的另一端与所述的斜盘方位定位力臂的另一端铰接。
6.作为本发明的优选，所述的双旋翼直升机系统包含两套定向周期变距旋翼系统，两套所述的定向周期变距旋翼系统分别固定安装在纵列机身的前后两端。
7.作为本发明的优选，所述的两套定向周期变距旋翼系统的桨盘设置有重叠部分时，两套定向周期变距旋翼系统安装在不同的高度。
8.作为本发明的优选，所述的两套定向周期变距旋翼系统的桨盘不重叠时，所述的两套定向周期变距旋翼系统安装在同一高度或不同的高度。
9.作为本发明的优选，两套安装在机身上的所述的定向周期变距旋翼系统互相反转。
10.作为本发明的优选，所述的动力组件为直流无刷电机，包括定子以及转子。
11.本发明还公开了一种双旋翼直升机系统的控制策略，所述的控制策略基于上述所述的双旋翼直升机系统，所述的双旋翼直升机系统俯仰按照机头前后方向将两套定向周期变距旋翼系统，机头位置的系统定义为前变距旋翼系统，且顺时针转动；机尾位置的系统定义为后变距旋翼系统，且逆时针转动，所述的控制策略具体为：当直升机需要低头时，后变距旋翼系统提高转速使后变距旋翼系统提供大于前变距旋翼系统的升力，同时控制后变距旋翼系统产生向右滚转的操纵力，控制前变距旋翼系统产生向左滚转的操纵力；前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生的滚转力矩传递给机身相互抵消，产生的扭矩与前/后变距旋翼系统的转速差产生的的反扭距平衡；当直升机需要抬头时，前变距旋翼系统提高转速使前变距旋翼系统提供大于后变距旋翼系统的升力，同时控制前变距旋翼系统产生向右滚转的操纵力，控制后变距旋翼系统产生向左滚转的操纵力；前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生的滚转力矩传递给机身相互抵消，产生的扭矩与前/后变距旋翼系统的转速差产生的的反扭距平衡；当直升机需要横滚运动时，同时控制前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生向左或者向右的操纵力，使直升机产生滚转的姿态即可；当直升机需要升降运动时，同时控制前变距旋翼系统与后变距旋翼系统提高或者降低转速，以增大或者减少升力。
12.有益效果：本发明双旋翼直升机系统，通过在纵列机身的前后侧安装两套定向周期变距旋翼系统，单个的旋翼系统提供一个方向的周期变距，两套旋翼系统互相协作平衡可以为整机提供横滚、俯仰和升降操纵力。并且整机只使用两套舵机提供变距驱动力。较之普通纵列双旋翼系统，减少了四个舵机组。所以本发明具有更加简单并且可靠的结构，更少的成本和更加直接的操纵方式完成飞行任务，其操纵策略减少飞控因为操纵耦合造成的控制干扰。
附图说明
13.图1为本发明的双旋翼直升机系统的结构示意图；图2为本发明的定向周期变距旋翼系统结构示意图；
图3为本发明的中心轴组件结构示意图；图4为本发明的倾斜器组件结构示意图；图5为本发明的变距旋翼组件结构示意图；图6为另一角度体现定向周期变距旋翼系统结构图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
15.实施例1：如图1到图6所示，本实施例公开了一种双旋翼直升机系统，包括纵列机身2以及两套定向周期变距旋翼系统1。两套定向周期变距旋翼系统1分别固定安装在纵列机身2的前后两端。本实施例中，两套定向周期变距旋翼系统1的桨盘设有重叠部分，因此两套定向周期变距旋翼系统1需要安装在不同高度。
16.定向周期变距旋翼系统1包括动力组件11，中心轴组件12，变距旋翼组件13，倾斜器组件14，倾斜驱动器组件15。动力组件11为无刷直流电机，动力组件11包括定子112，转子111。
17.倾斜驱动器组件15包括舵机驱动器151，舵机输出摇臂152，定位固定悬臂153；中心轴组件12包括动力驱动器底座121，中心固定轴122，倾斜驱动器安装座123；所述的倾斜器组件14包括倾斜动环141，倾斜静环142，变距驱动力臂143，倾斜驱动力臂145，斜盘方位定位力臂144，万向轴承146。变距旋翼组件13包括旋翼桨毂131，旋翼桨夹132，直升机桨叶133，变距连杆134。
18.舵机输出摇臂152一端固定连接在舵机驱动器151扭矩输出轴上；定位固定悬臂153的一端与倾斜驱动器安装座123上伸出杆的一端铰接。
19.中心固定轴122穿过动力组件11、变距旋翼组件13、倾斜器组件14；所述的动力驱动器底座121和倾斜驱动器安装座123分别固定安装在中心固定轴122的上下两端；舵机驱动器151固定安装在倾斜驱动器安装座123上；所述的动力组件11固定安装在动力驱动器底座121上。
20.如图2和图4所示，倾斜动环141内侧与倾斜静环142外侧通过轴承铰接，两者之间可相互转动；万向轴承146与所述的倾斜静环142内侧铰接；两个变距驱动力臂143一端分别与倾斜动环141两侧的侧边伸出杆铰接；倾斜驱动力臂145的一端与所述的倾斜静环142一侧边伸出杆铰接；所述的斜盘方位定位力臂144的一端与倾斜静环142的另一侧边伸出杆铰接。
21.如图2和图5所示，变距旋翼组件13组件上设有两个旋翼桨夹132，其末端分别与旋翼桨毂131固定连接。两个所述的旋翼桨夹132前端分别安装有直升机桨叶133。变距连杆134为y型的杆件，分别设两个所述的变距连杆134，一个变距连杆134的两个伸出杆分别与两个旋翼桨夹132的一侧面固定连接，另一个变距连杆134的两个伸出杆分别与两个旋翼桨夹132的另一侧面固定连接。
22.如图2所示，所述的万向轴承内侧安装在中心固定轴122上；旋翼桨毂131末端与所述的动力组件11扭矩输出轴固定连接；两个变距连杆134的另一端分别与所述的两个变距
驱动力臂143的另一端铰接；舵机输出摇臂152的另一端与所述的倾斜驱动力臂145的另一端铰接；定位固定悬臂153的另一端与斜盘方位定位力臂144的另一端铰接。
23.如图2所示，所述的定向周期变距旋翼系统1的倾斜器组件14只有横滚方向的倾斜自由度，倾斜驱动器组件15驱动倾斜器组件14只进行横滚倾斜，带动旋翼变距时只产生横滚操纵力。所述的两套定向周期变距旋翼系统1安装在纵列机身2时横滚方向与纵列机身2的横滚方向保持一致。
24.双旋翼直升机系统俯仰按照机头前后方向将两套定向周期变距旋翼系统1，机头位置的系统定义为前变距旋翼系统，且顺时针转动；机尾位置的系统定义为后变距旋翼系统，且逆时针转动。
25.当直升机需要低头时，后变距旋翼系统提高转速使后变距旋翼系统提供大于前变距旋翼系统的升力，同时控制后变距旋翼系统产生向右滚转的操纵力，控制前变距旋翼系统产生向左滚转的操纵力；前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生的滚转力矩传递给机身相互抵消，产生的扭矩与前/后变距旋翼系统的转速差产生的的反扭距平衡；当直升机需要抬头时，前变距旋翼系统提高转速使前变距旋翼系统提供大于后变距旋翼系统的升力，同时控制前变距旋翼系统产生向右滚转的操纵力，控制后变距旋翼系统产生向左滚转的操纵力；前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生的滚转力矩传递给机身相互抵消，产生的扭矩与前/后变距旋翼系统的转速差产生的的反扭距平衡；当直升机需要横滚运动时，同时控制前变距旋翼系统与后变距旋翼系统产生向左或者向右的操纵力，使直升机产生滚转的姿态即可；当直升机需要升降运动时，同时控制前变距旋翼系统与后变距旋翼系统提高或者降低转速，以增大或者减少升力。
26.若两套旋翼系统旋转方向与上述相反，其控制原理反转即可。
27.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。