用于自由翼飞行器中机身稳定的系统和方法与流程

文档序号:44379190发布日期:2026-01-13 23:13阅读:7来源:国知局
技术简介:
自由翼飞行器在垂直飞行模式下存在机身摆动导致稳定性不足的问题。该专利提出通过升降副翼控制系统,结合机身俯仰速率/角度与机翼俯仰角的动态数据,实时调整副翼角度以抵消机身摆动,实现稳定控制。系统根据飞行模式(垂直/水平)切换控制策略,过渡阶段逐步降低机身属性权重,提升飞行安全性与效率。
关键词:自由翼飞行器,机身稳定性

本文中描述的主题总体上涉及自由翼飞行器,更特别地,涉及在垂直飞行模式下稳定自由翼飞行器的机身。


背景技术:

1、在飞机中,当飞机向前移动时,空气流经机翼从而产生升力。因此,飞机必须在水平方向上移动以保持在空中。在直升机中,升力由水平旋转的螺旋桨产生。因此,直升机具有垂直起降(vtol)的能力,并且可以悬停在空中。然而,直升机在水平方向上的飞行速度不如飞机快。自由翼飞行器结合了固定翼飞行器(即,飞机)的前飞特性与直升机的vtol和悬停能力。

2、自由翼飞行器具有可独立于机身绕飞行器的俯仰轴枢转的机翼。这是通过经由轴承或衬套连接机翼和机身来实现的,这些轴承或衬套可以在俯仰方向上自由地(即,以最小的机械摩擦或阻尼)枢转。在机身和机翼之间,所有其他自由度(滚转、偏航、垂荡、横荡、纵荡)都是刚性连接的。可以在机翼上附接螺旋桨,以驱动自由翼飞行器。当机翼处于水平状态时,螺旋桨推动自由翼飞行器向前进行水平飞行。当机翼处于垂直状态时,螺旋桨使垂直飞行成为可能。垂直飞行模式和水平飞行模式的结合创建了一种兼具直升机的低基础设施需求与飞机的效率的飞行器。总体而言,增强型vtol自由翼操作可以使此类飞行器的应用更高效、更广泛。


技术实现思路

1、在一个实施例中,示例系统和方法涉及一种改善机身和机翼绕俯仰轴独立枢转的飞行器(即自由翼飞行器)的机身稳定性的方式。

2、在一个实施例中,公开一种用于增强自由翼机身稳定性的升降副翼控制系统。升降副翼是安装在机翼后缘的可移动设备。升降副翼结合了用于俯仰控制的飞机升降舵和用于滚转控制的飞机副翼的操作。所述升降副翼控制系统包括处理器和存储器。存储器存储当由所述处理器执行时,使所述处理器测量飞行器的机身俯仰属性的机器可读指令。飞行器的机身和机翼组合件彼此独立地绕飞行器的俯仰轴自由旋转。所述存储器还存储当由所述处理器执行时,使所述处理器测量机翼组合件的机翼俯仰角,并基于机身俯仰属性和机翼俯仰角控制机翼组合件的升降副翼的角度的机器可读指令。

3、在一个实施例中,所述控制升降副翼的角度的机器可读指令在飞行器处于垂直飞行模式时稳定机身。

4、在一个实施例中,所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器确定飞行器何时处于水平飞行模式的指令,并且所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器处于水平飞行模式时,基于机翼俯仰角而非机身俯仰属性来控制升降副翼的角度的指令。

5、在一个实施例中,所述确定飞行器何时处于水平飞行模式的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器的空速大于预定值时确定飞行器处于水平飞行模式的指令。

6、在一个实施例中,所述确定飞行器何时处于水平飞行模式的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在机翼组合件的机翼俯仰角小于预定值时确定飞行器处于水平飞行模式的指令。

7、在一个实施例中,所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器从垂直飞行模式过渡到水平飞行模式时,逐渐减小升降副翼控制中机身俯仰属性的权重的指令。

8、在一个实施例中,机身俯仰属性是机身俯仰速率,并且所述控制机翼组合件的升降副翼的角度的机器可读指令在飞行器处于垂直飞行模式时抵消机身的摆动。

9、在一个实施例中,机身俯仰属性是机身俯仰角,并且所述控制机翼的升降副翼的角度的机器可读指令将机身定位在预定的俯仰角。

10、在一个实施例中,所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括这样的指令,所述指令当由所述处理器执行时,使所述处理器在机身的俯仰使机身的质心位于机翼组合件的枢轴点前方时,设定升降副翼的角度,使得机翼俯仰角减小以对抗机身的俯仰。

11、在一个实施例中,所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括这样的指令,所述指令当由所述处理器执行时,使所述处理器在机身的俯仰使机身的质心位于机翼组合件的枢轴点后方时,设定升降副翼的角度,使得机翼俯仰角增加以对抗机身的俯仰。

12、在一个实施例中,所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器接收机翼姿态命令的指令,并且所述控制升降副翼的角度的机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器基于机翼姿态命令控制升降副翼的角度的指令。

13、在一个实施例中,公开一种用于增强自由翼机身稳定性的非临时性计算机可读介质,所述非临时性计算机可读介质包含当由一个或多个处理器执行时,使所述一个或多个处理器进行一个或多个功能的指令。所述指令包括在飞行器处于垂直飞行模式时,测量飞行器的机身俯仰速率或角度的指令。飞行器的机身和机翼组合件彼此独立地绕飞行器的俯仰轴自由旋转。所述指令包括测量机翼组合件的机翼俯仰角,以及通过基于机身俯仰属性和机翼俯仰角控制机翼组合件的升降副翼的角度来调整机翼组合件俯仰的指令。机翼组合件俯仰的调整会抑制机身俯仰速率。

14、在一个实施例中,所述控制升降副翼的角度的机器可读指令在飞行器处于垂直飞行模式时稳定机身。

15、在一个实施例中,所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器确定飞行器何时处于水平飞行模式的指令,并且所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器处于水平飞行模式时,基于机翼俯仰角而非机身俯仰属性来控制升降副翼的角度的指令。

16、在一个实施例中,所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器从垂直飞行模式过渡到水平飞行模式时,逐渐减小升降副翼控制中机身俯仰属性的权重的指令。

17、在一个实施例中,公开一种用于控制升降副翼以稳定自由翼机身的方法。在一个实施例中,所述方法包括测量飞行器的机身俯仰属性。飞行器的机身和机翼组合件彼此独立地绕飞行器的俯仰轴自由旋转。所述方法还包括测量机翼组合件的机翼俯仰角,并基于机身俯仰属性和机翼俯仰角控制机翼组合件的升降副翼的角度。所述控制在飞行器处于垂直飞行模式时稳定机翼和机身。

18、在一个实施例中,测量机身俯仰属性包括测量机身俯仰速率,并且所述升降副翼的角度的控制在飞行器处于垂直飞行模式时抵消机身的摆动。

19、在一个实施例中,所述方法还包括确定飞行器何时处于水平飞行模式,并且控制升降副翼的角度包括当飞行器处于水平飞行模式时,基于机翼俯仰角而非机身俯仰属性来控制升降副翼的角度。

20、在一个实施例中,当机身的质心位于机翼组合件的枢轴点前方时,控制升降副翼的角度以减小机翼俯仰角,而当机身的质心位于机翼组合件的枢轴点后方时,控制升降副翼的角度以增加机翼俯仰角。

21、在一个实施例中,所述方法还包括接收用于机翼组合件的机翼姿态命令,并且控制升降副翼的角度是基于机翼姿态命令的。


技术特征:

1.一种系统,包括:

2.按照权利要求1所述的系统,其中所述控制升降副翼的角度的机器可读指令在飞行器处于垂直飞行模式时稳定机身。

3.按照权利要求1所述的系统,其中:

4.按照权利要求3所述的系统,其中所述确定飞行器何时处于水平飞行模式的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器的空速大于预定值时确定飞行器处于水平飞行模式的指令。

5.按照权利要求3所述的系统,其中所述确定飞行器何时处于水平飞行模式的机器可读指令包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在机翼组合件的机翼俯仰角小于预定值时确定飞行器处于水平飞行模式的指令。

6.按照权利要求1所述的系统,其中所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器从垂直飞行模式过渡到水平飞行模式时,逐渐减小升降副翼控制中机身俯仰属性的权重的指令。

7.按照权利要求1所述的系统,其中:

8.按照权利要求1所述的系统,其中:

9.按照权利要求1所述的系统,其中所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括这样的指令,所述指令当由所述处理器执行时,使所述处理器在机身的俯仰使机身的质心位于机翼组合件的枢轴点前方时,设定升降副翼的角度,使得机翼俯仰角减小以对抗机身的俯仰。

10.按照权利要求1所述的系统,其中所述控制升降副翼的角度的机器可读指令包括这样的指令,所述指令当由所述处理器执行时,使所述处理器在机身的俯仰使机身的质心位于机翼组合件的枢轴点后方时,设定升降副翼的角度,使得机翼俯仰角增加以对抗机身的俯仰。

11.按照权利要求1所述的系统,其中:

12.一种包含指令的非临时性计算机可读介质,所述指令当由处理器执行时,使所述处理器:

13.按照权利要求12所述的非临时性机器可读介质,其中所述控制升降副翼的角度的机器可读指令在飞行器处于垂直飞行模式时稳定机身。

14.按照权利要求12所述的非临时性机器可读介质,其中:

15.按照权利要求12所述的非临时性机器可读介质,其中所述机器可读指令还包括当由所述处理器执行时,使所述处理器在飞行器从垂直飞行模式过渡到水平飞行模式时,逐渐减小升降副翼控制中机身俯仰属性的权重的指令。

16.一种方法,包括:

17.按照权利要求16所述的方法,其中:

18.按照权利要求16所述的方法:

19.按照权利要求16所述的方法,还包括:

20.按照权利要求16所述的方法:


技术总结
本文中描述的系统、方法及其他实施例涉及控制飞行器升降副翼以稳定自由翼飞行器机身。在一个实施例中,系统包括处理器和存储机器可读指令的存储器。这些指令当由所述处理器执行时,使所述处理器:1)测量飞行器的机身俯仰属性,其中飞行器的机身和机翼组合件彼此独立地绕飞行器的俯仰轴自由旋转;2)测量机翼组合件的机翼俯仰角;以及3)基于机身俯仰属性和机翼俯仰角控制机翼组合件的升降副翼的角度。

技术研发人员:T·M·纽曼,M·M·沃伦,F·K·科泽尔
受保护的技术使用者:丰田自动车工程及制造北美公司
技术研发日:
技术公布日:2026/1/12
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