矢量拉力装置及垂直起降无人机矢量拉力控制方法与流程

本发明涉及垂直起降无人机，具体为垂直起降无人机矢量拉力装置及其控制方法。

背景技术：

可垂直起降固定翼无人机既拥有传统固定翼无人机的航时长、任务载荷大、功效高等优点，又兼具传统旋翼无人机可垂直起降、可悬停、对起降场地要求低等优势。

尾坐式垂直起降无人机是一种较常见的垂直起降无人机，该无人机采用尾坐式停放，垂直起飞，到达预定高度后由垂直姿态逐渐倾斜，最终到达平飞姿态。降落时，首先进行大仰角爬升,在姿态接近于垂直状态时减少发动机转速，无人机缓慢下降直至落地。当垂直起降无人机处于垂直姿态时迎风面积比较大，在接近地面时空气会产生地面效应，舵面控制减弱或失效，当阵风吹来无人机很容易倾倒颠覆，很难完成垂直降落的目的。目前解决的办法是：在降落的过程中使无人机保持小于90^。仰角，减小迎风面积，完成短距滑翔降落。该方法需要无人机进行一段短距滑翔，未到达垂直降落的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于避免无人机垂直降落时倾倒颠覆的矢量拉力装置，同时提供一种使用此种装置实现的矢量拉力控制方法。技术方案如下：

一种矢量拉力装置，用于垂直起降无人机，所述的垂直起降无人机包括机体1，副翼2和垂尾3，其特征在于，所述的矢量拉力装置包括摆动式发动机座51,固定式发动机座53,支座连接光轴56,法兰轴承57,控制舵机54,球头连接光轴55,球头拉杆52,第一球头59和第二球头58，其中，

固定式发动机座53用于将发动机4固定在机体1上，控制舵机54固定在固定式发动机座53上；在固定式发动机座53上通过法兰轴承57连接有支座连接光轴56，摆动式发动机座51设置在支座连接光轴56上，能够绕支座连接光轴56转动；

在摆动式发动机座51的侧边通过球头连接光轴55固定有第一球头59，在控制舵机54的舵机摇臂上固定有第二球头58，两个球头通过球头拉杆52刚性连接。

本发明同时提供一种采用所述的矢量拉力装置实现的垂直起降无人机矢量拉力控制方法，在垂直起降无人机的两个机体机翼前缘各固定一套矢量拉力装置，两套矢量拉力装置相对于机身对称布置，安装方向与机头方向一致，在起飞时矢量拉力装置固定姿态，保证无人机拥有一个垂直向上的拉力垂直上升；在降落过程中，矢量拉力装置产生一个矢量角，使无人机的拉力抵消地面效应和阵风对无人机姿态的影响。控制方式如下：

1)起飞时，矢量拉力装置进入固定模式，摆动式发动机座保持水平，螺旋桨旋转产生的垂直拉力使无人机快速垂直上升。

2)无人机达到预定高度后，无人机通过副翼产生的舵效控制，由垂直姿态转变到水平姿态，矢量拉力装置转换到差动模式，当调控无人机姿态的副翼失效或者超出设定阈值时，启用矢量拉力装置，辅助副翼对无人机姿态进行调节。

3)无人机由飞行姿态转到备降姿态过程中，矢量拉力装置设定为同步模式，此时无人机上的两个矢量拉力装置的摆动式发动机座同步同向转动，转动方向使无人机姿态改变的效果与调节副翼产生使无人机姿态改变的效果相同，以达到快速转变姿态的作用。

4)无人机垂直降落过程中，矢量拉力装置进入混合模式，该模式下，无人机上的两个矢量拉力装置的摆动式发动机座混合转动：当需要调节无人机的俯仰角度时，两个矢量拉力装置的摆动式发动机座同向转动；当需要调节无人机的滚转角度时，两个矢量拉力装置的摆动式发动机座反向转动。

垂直起降无人机上应用矢量拉力装置可以增加无人机的机动特性和稳定特性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的垂直起降无人机结构示意图。

图2是本发明所述矢量拉力装置结构组成示意图。

图3是本发明所述矢量拉力装置主视刨面图。

图4是本发明所述矢量拉力装置摆动式发动机座摆动原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

如图1-4所示，垂直起降无人机矢量拉力装置，所述垂直起降无人机设有包括机体1，副翼2，垂尾3，发动机4，矢量拉力装置5。所述垂直起降无人机矢量拉力装置包括摆动式发动机座51,球头拉杆52,固定式发动机座53,，控制舵机54,球头连接光轴55,支座连接光轴56,法兰轴承57,球头58。

参见图1-4，固定式发动机座53通过机械的连接固定在机体1的机翼前缘上，控制舵机54通过四颗螺丝固定在固定式的发动机座53上，发动机4通过螺栓固定在摆动式发动机座51上,摆动式发动机座51通过支座连接光轴56和法兰轴承57与固定式发动机座53相连，使摆动式发动机座51可以在固定式的发动机座53绕支座连接光轴56转动，然后在摆动式发动机座51的侧边通过球头连接光轴55固定好一个球头59，再在控制舵机54的舵机摇臂上固定一个球头58，在确定好球头拉杆52的长度后，用球头拉杆52连接已经固定好的两个球头，使舵机摇臂转动时摆动式发动机座51也可以随之摆动。

装有矢量拉力装置的垂直起降无人机的控制方法采用对矢量拉力装置的矢量控制配合副翼2产生的舵效来对垂直起降无人机进行垂直起降过程和飞行过程的控制，从而使垂直起降无人机可以更加的平稳的起降，提高飞机的安全性，灵活性，稳定性等。

图1中垂尾3在使飞机在左右(偏航)方向具有一定的静稳定性的同时也起到起落架的作用。

垂直起降无人机矢量拉力装置控制方法的具体实施步骤如下：

1)起飞时，矢量拉力装置5进入固定模式，摆动式发动机支座51保持水平，螺旋桨旋转产生的垂直拉力使无人机快速垂直上升。

2)无人机达到预定高度后，无人机通过副翼2产生的舵效控制由垂直姿态转变到水平姿态，矢量拉力装置5转换到差动模式。当调控无人机姿态的副翼2失效或者超出设定阈值时，启用矢量拉力装置5，辅助副翼2对无人机姿态进行调节。

3)无人机由飞行姿态转到备降姿态过程中，矢量拉力装置5设定为同步模式。此时无人机上的两个矢量拉力装置的摆动式发动机支座51同步同向转动，转动方向使无人机姿态改变的效果与调节副翼2产生使无人机姿态改变的效果相同，以达到快速转变姿态的作用。

4)无人机垂直降落过程中，对矢量拉力装置5的控制进入混合模式。该模式下，无人机上的两个矢量拉力装置的摆动式发动机座混合转动。当需要调节无人机的俯仰角度时，两个矢量拉力装置的摆动式发动机座同向转动；当需要调节无人机的滚转角度时，两个矢量拉力装置的摆动式发动机座反向转动。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种矢量拉力装置，包括摆动式发动机座51,固定式发动机座53,支座连接光轴56,法兰轴承57,控制舵机54,球头连接光轴55,球头拉杆52,第一球头59和第二球头58，控制舵机54固定在固定式发动机座53上；在固定式发动机座53上通过法兰轴承57连接有支座连接光轴56，摆动式发动机座51设置在支座连接光轴56上；在摆动式发动机座51的侧边通过球头连接光轴55固定有第一球头59，在控制舵机54的舵机摇臂上固定有第二球头58，两个球头通过球头拉杆52刚性连接。本发明同时提供一种采用所述的矢量拉力装置实现的垂直起降无人机矢量拉力控制方法。

技术研发人员：段萍;高雪;丁承君;尹李亮
受保护的技术使用者：河北工业大学;泰华宏业（天津）机器人技术研究院有限责任公司
技术研发日：2016.12.09
技术公布日：2017.07.07