飞行器及潜航器扰动抑制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种飞行器及潜航器扰动抑制装置，包括旋转电机、阻力反应轮、连接所述旋转电机与所述阻力反应轮的连接器，所述阻力反应轮括基体和与基体相连的多个叶轮，所述叶轮的端部设有两个叶片，所述基体中心设有连接器穿过的通孔。所述阻力反应轮上的叶轮优选为6个，相对于阻力反应轮旋转中心环形阵列设置，对于单个机体，可以在俯仰轴及滚转轴分别安装所述阻力反应轮和与阻力反应轮连接的旋转电机。本实用新型反应轮体积小，反应力矩大；反应轮质量小，惯量小，相应频率可达10HZ以上，远大于现有的电动舵机、液压舵机。本实用新型效果好，结构简单，易加工，生产成本低，保证了飞行器及潜航器的扰动抑制效果。
【专利说明】
飞行器及潜航器扰动抑制装置
技术领域
[0001]本实用新型属于飞行器或潜航器扰动抑制技术领域，特别涉及一种飞行器及潜航器扰动抑制装置。
【背景技术】
[0002]在不稳定流场中，飞行器及潜航器要保持姿态稳定，一般都通过副翼进行机体的扰动抑制，这种方法存在一些问题，难以满足要求，原因有以下几个方面:
[0003]1、机体副翼伺服舵机(电动舵机或液压舵机)的响应频率低，难以响应高频扰动；
[0004]2、微小型飞行器及潜航器副翼的有效截面积受尺寸限制。
[0005]这样就限制机体副翼扰动抑制的频率响应及扰动抑制的效果，如何实现不稳定流场中机体的扰动抑制就成为业界亟待解决的重要问题。
[0006]国家知识产权局申请号201520138269.6的专利申请文件公开了一种飞行控制器，包括单片机、螺旋桨马达、辅助飞行控制器、电源模块、无线接收模块、图像传感器、无线发送模块和PffM信号四通道输出模块;辅助飞行控制器包括PI控制器、陀螺仪、加速度计、模数转换器；电源模块连接图像传感器；四通道输出模块连接飞行控制器的螺旋桨马达的控制电路。这个实用新型专利通过对四个螺旋桨的转速控制实现四旋翼飞行器的姿态稳定，需要飞行器具有多个旋翼，这种方法不适合固定翼飞行器、直升机、共轴直升机及垂直起降固定翼飞行器的姿态控制。
【实用新型内容】
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种飞行器及潜航器扰动抑制装置，设有阻力反应轮，通过流体介质的反作用而产生控制力矩，阻力反应轮能够抑制作用于机体的扰动力矩，从而起到机体稳定的作用。阻力反应轮具有体积小，响应频率高的特点。
[0008]本实用新型是采用以下技术方案实现的，一种飞行器及潜航器扰动抑制装置，包括旋转电机、阻力反应轮、连接所述旋转电机与所述阻力反应轮的连接器，所述阻力反应轮包括基体和与基体相连的多个叶轮，所述叶轮的端部设有对称的两个叶片，所述基体中心设有连接器穿过的通孔。
[0009]反应轮的叶轮均采用双叶片结构，可确保反应轮正反转运动具有相同的反应力矩输出特性。
[0010]优选地，所述阻力反应轮上的叶轮为6个，相对于阻力反应轮旋转中心环形阵列设置。
[0011]阻力反应轮的CR)流场仿真表明本研究所选的四叶及六叶反应轮结构参数具有显著的正压及负压区，气动压力主要集中在叶片的上部，气动效果比较好。在尺寸受限的条件下，应选择六叶反应轮结构参数。
[0012]优选地，所述叶轮端部两个叶片的夹角为75度。
[0013]通过试验，两个叶片之间的夹角为75度，能保证较大的形阻系数，反应轮也具较高的效率。
[0014]优选地，所述阻力反应轮和与阻力反应轮连接的旋转电机均为多个。
[0015]可设有多个阻力反应轮，多个阻力反应轮可分别安装于机体的俯仰轴及滚转轴，调节飞行器及潜航器姿态稳定。
[0016]优选地，所述扰动抑制装置还设有姿态传感器、姿态控制器和阻力反应轮转速调节模块，所述姿态控制器与姿态传感器、阻力反应轮转速调节模块和旋转电机相连，所述姿态传感器采集感应到的机体姿态信号并传送给姿态控制器，所述姿态控制器根据机体姿态与期望姿态的差值，形成电机转速控制信号，并通过阻力反应轮转速调节模块控制旋转电机的转速。
[0017]所述姿态传感器感应飞行器及潜航器的机体姿态，姿态控制器根据姿态传感器获得的机体姿态及期望的机体姿态，产生控制信号，发送给阻力反应轮转速调节模块，阻力反应轮转速调节模块通过控制旋转电机的转速，控制输出的反应力矩大小。
[0018]所述姿态感应器测量到飞行器及潜航器的方向角(Yaw)、俯仰角(Pitch)、侧滚角(Roll)信号，把所述信号发送到姿态控制器，姿态控制器根据姿态控制期望及测量到的姿态信息产生控制信号，发送给阻力反应轮转速调节模块，阻力反应轮转速调节模块控制旋转电机，通过调整转速控制反应力矩的大小。
[0019]阻力反应轮是一种通过流体介质的反作用而产生力矩的装置。它产生的反应力矩不取决于其自身的质量及转动惯量，而取决于它的叶片形状阻力系数、转速参数以及流体的介质。例如，在空气介质和水介质中，阻力反应轮分别因为空气和水产生反作用力矩。与惯性反应轮相比，阻力反应轮自身质量小，转动惯量小，在相同的驱动条件下其响应频率高，输出的力矩更大。此外，由于其输出力矩与其转动惯量无关，因此，在连续力矩输出条件下，不易出现饱和现象。
[0020]阻力反应轮转动时，带动周围流体运动，同时受到流体产生与其转动方向相反的阻力矩作用，产生力矩的公式可以表述为:
[0021 ]流体介质的反作用=反应轮的输出功率/反应轮的转速
[0022]当反应轮运动时，若转速为ωrad/s，那么，由于轮子的推动作用，周围介质也会产生旋转运动，周围介质对反应轮的反作用力的累积表现为反作用力矩，这种反作用力矩作用飞行器的机体，或潜水器的机体，能够抑制这些机体受到的扰动力矩，从而起到稳定机体的作用。
[0023]除了在固定翼飞行器、潜水器中，还可以应用于直升机、共轴直升机或垂直起降固定翼飞行器。
[0024]本实用新型具有以下技术效果:
[0025]I)反应力矩的大小取决于转速、阻力系数、等效截面积三个因素。反应轮体积小，反应力矩大。
[0026I 2)反应轮质量小，惯量小，相应频率可达1Hz以上，远大于现有的电动舵机、液压舵机的频率响应。
[0027]此外，阻力反应轮还具有优越的质量、尺寸及成本，容易加工。从控制角度看，阻力反应轮不改变飞行器的质心，这使得基于阻力反应轮的飞行器及潜航器的建模简单，扰动抑制控制也比较容易。
[0028]本实用新型飞行器及潜航器扰动抑制装置对飞行器及潜航器的扰动抑制效果好。相对于通过副翼进行扰动抑制的方法，这种方法的响应频率高，反应力矩大，工程实用性强。
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型实施例1的飞行器及潜航器扰动抑制装置的结构示意图；
[0030]图2是本实用新型实施例1的阻力反应轮的结构示意图；
[0031]图3是本实用新型实施例1的飞行器及潜航器扰动抑制装置安装于潜航器的结构示意图。
[0032]图4是本实用新型实施例1的飞行器及潜航器扰动抑制装置安装于飞行器的结构示意图。
[0033]图5是本实用新型实施例2的飞行器及潜航器扰动抑制装置的方框原理图。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
[0035]如图1、图2所示，一种飞行器及潜航器扰动抑制装置，包括旋转电机1、阻力反应轮
2、连接所述旋转电机I与所述阻力反应轮2的连接器3，所述阻力反应轮2包括基体4和与基体4相连的多个叶轮5，所述叶轮5的端部设有两个叶片6，所述基体4中心设有连接器3穿过的通孔14。
[0036]所述阻力反应轮2上的叶轮5为6个，相对于阻力反应轮2旋转中心环形阵列设置。
[0037]所述叶轮5端部两个叶片6的夹角为75度。
[0038]所述阻力反应轮2旋转轴线可以与飞行器或潜航器行进方向一致，也可以与行进方向一致呈一定的夹角，倾斜设置，均能起到抗扰动力的作用。
[0039]如图3所示，所述阻力反应轮2安装于潜航器机体10的头部，潜航器的尾部设有推进器11。
[0040]如图4所示，所述阻力反应轮2安装于飞行器机体12的头部，飞行器的尾部设有推进器13。
[0041]作为可变换的实施例，所述的飞行器及潜航器扰动抑制装置，对于单个机体，可以在俯仰轴及滚转轴分别安装所述阻力反应轮2和与阻力反应轮2连接的旋转电机I。
[0042]实施例2
[0043]如图5所示，实施例2与实施例1不同的是，所述姿态扰动抑制装置还设有姿态传感器7、姿态控制器8和阻力反应轮转速调节模块9，所述姿态控制器8与姿态传感器7、阻力反应轮转速调节模块9和旋转电机I相连，所述姿态传感器7采集感应到的机体姿态信号并传送给姿态控制器8，所述姿态控制器8对接收的姿态信号进行处理，形成电机转速控制信号，并通过阻力反应轮转速调节模块9控制旋转电机I的转速。
[0044]姿态控制器获得预定姿态与姿态传感器的机体姿态的差值形成控制信号。
[0045]实施例2其余与实施例1相同。
[0046]以上所述实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种飞行器及潜航器扰动抑制装置，其特征在于，包括旋转电机(I)、阻力反应轮(2)、连接所述旋转电机(I)与所述阻力反应轮(2)的连接器(3)，所述阻力反应轮(2)包括基体(4)和与基体(4)相连的多个叶轮(5)，所述叶轮(5)的端部设有两个叶片(6)，所述基体(4)中心设有连接器(3)穿过的通孔(14)。2.根据权利要求1所述的飞行器及潜航器扰动抑制装置，其特征在于，所述阻力反应轮(2)上的叶轮(5)为6个，相对于阻力反应轮(2)旋转中心环形阵列设置。3.根据权利要求1所述的飞行器及潜航器扰动抑制装置，其特征在于，所述叶轮(5)端部两个叶片(6)的夹角为75度。4.根据权利要求1所述的飞行器及潜航器扰动抑制装置，其特征在于，对于单个机体，所述阻力反应轮(2)和与阻力反应轮(2)连接的旋转电机(I)为多个。5.根据权利要求1所述的飞行器及潜航器扰动抑制装置，其特征在于，所述扰动抑制装置还设有姿态传感器(7)、姿态控制器(8)和阻力反应轮转速调节模块(9)，所述姿态控制器(8)与姿态传感器(7)、阻力反应轮转速调节模块(9)和旋转电机(I)相连，所述姿态传感器(7)采集感应到的扰动力信号并传送给姿态控制器(8)，所述姿态控制器(8)对接收的扰动力信号进行处理，形成电机转速控制信号，并通过阻力反应轮转速调节模块(9)控制旋转电机(I)的转速。
【文档编号】B64C17/00GK205418075SQ201620271557
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】牛三库, 许莹, 申廷涛
【申请人】许莹, 牛三库