直升机的尾桨驱动系统及其控制方法、直升机转让专利
申请号 : CN201610017736.9
文献号 : CN105667786B
文献日 : 2017-11-10
发明人 : 王浩文 , 姜辰 , 张玉文
申请人 : 深圳清华大学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种直升机的尾桨驱动系统,其特征在于,包括:
尾桨;
尾桨变距结构,所述尾桨变距结构与所述尾桨相连,所述尾桨变距结构用于对所述尾桨进行变距操作,以使所述尾桨通过桨距调节改变所述尾桨的拉力;
舵机,所述舵机与所述尾桨变距结构相连,所述舵机用于通过对所述尾桨变距结构的操纵以实现所述尾桨的桨距调节;
电动机,所述电动机与所述尾桨相连,所述电动机用于驱动所述尾桨;
电机控制器,所述电机控制器与所述电动机相连,所述电机控制器用于控制所述电动机的转速;以及飞行控制器,所述飞行控制器分别与所述舵机以及所述电机控制器相连,所述飞行控制器用于获取所述直升机当前的起飞重量和飞行速度,并根据所述起飞重量和飞行速度确定所述尾桨的转速信息,并将所述转速信息发送至所述电机控制器,以使所述电机控制器根据所述转速信息控制所述电动机驱动所述尾桨,以及获取所述直升机的当前机体航向角速率和当前航向操纵参数,并根据所述当前机体航向角速率和航向操纵参数确定所述尾桨的桨距信息,并将所述桨距信息发送至所述舵机,以使所述舵机根据所述桨距信息控制所述尾桨变距结构对所述尾桨进行变距操作。
2.如权利要求1所述的直升机的尾桨驱动系统,其特征在于,所述飞行控制器通过以下公式确定所述尾桨的转速信息:ωTR=F(mg,v)
其中,ωTR为所述转速信息,mg为所述直升机当前的起飞重量,v为所述直升机当前的飞行速度,F()为尾桨转速确定函数,所述函数通过对已标定的所述尾桨转速与起飞重量和飞行速度的二维表进行插值确定所述尾桨转速。
3.如权利要求1所述的直升机的尾桨驱动系统,其特征在于,所述飞行控制器通过以下公式确定所述尾桨的桨距信息:θTR=H(r,δped,Δω)
其中,θTR为所述桨距信息,r为所述当前机体航向角速率,δped为所述当前航向操纵参数,Δω为所述飞行控制器给出的所述尾桨的转速命令变化值,H()为尾桨桨距确定函数,所述函数通过机体角速率的反馈控制以及尾桨转速变化前馈控制确定当前尾桨的桨距值。
4.如权利要求1所述的直升机的尾桨驱动系统,其特征在于,所述飞行控制器获取所述直升机结构中变质量环节的测量值,并根据所述测量值、所述直升机的当前燃油消耗率、当前主旋翼的总距值以获取所述直升机当前的起飞重量。
5.一种用于如权利要求1至4中任一项所述的直升机的尾桨驱动系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:获取所述直升机当前的起飞重量和飞行速度,并根据所述起飞重量和飞行速度确定所述尾桨的转速信息;
将所述转速信息发送至所述电机控制器,以使所述电机控制器根据所述转速信息控制所述电动机驱动所述尾桨;
获取所述直升机的当前机体航向角速率和当前航向操纵参数,并根据所述当前机体航向角速率和航向操纵参数确定所述尾桨的桨距信息;
将所述桨距信息发送至所述舵机,以使所述舵机根据所述桨距信息控制所述尾桨变距结构对所述尾桨进行变距操作。
6.如权利要求5所述的控制方法,其特征在于,通过以下公式确定所述尾桨的转速信息:ωTR=F(mg,v)
其中,ωTR为所述转速信息,mg为所述直升机当前的起飞重量,v为所述直升机当前的飞行速度,F()为尾桨转速确定函数,所述函数通过对已标定的所述尾桨转速与起飞重量和飞行速度的二维表进行插值确定所述尾桨转速。
7.如权利要求5所述的控制方法,其特征在于,通过以下公式确定所述尾桨的桨距信息:θTR=H(r,δped,Δω)
其中,θTR为所述桨距信息,r为所述当前机体航向角速率,δped为所述当前航向操纵参数,Δω为所述飞行控制器给出的所述尾桨的转速命令变化值,H()为尾桨桨距确定函数,所述函数通过机体角速率的反馈控制以及尾桨转速变化前馈控制确定当前尾桨的桨距值。
8.如权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述获取直升机当前的起飞重量,包括:获取所述直升机结构中变质量环节的测量值,并根据所述测量值、所述直升机的当前燃油消耗率、当前主旋翼的总距值以估计出所述直升机当前的起飞重量。
9.一种直升机,其特征在于,包括:如权利要求1至4中任一项所述的直升机的尾桨驱动系统。
10.一种直升机,其特征在于,所述直升机用于执行如权利要求5至8中任一项所述的控制方法。
说明书 :
直升机的尾桨驱动系统及其控制方法、直升机
技术领域
背景技术
带尾桨直升机通过传动轴或同步带将发动机的动力传递到尾桨,同时尾桨处设置变距舵机
保证对尾桨桨距操纵以控制尾桨产生的拉力。目前也有的使用电动尾桨的方式,该方式通
过调整定桨距尾桨转速的方式,控制尾桨产生的拉力,即直升机尾桨主要工作在变转速定
桨距状态,少数小型无人直升机的电动尾桨工作在定转速变桨距状态。
调节的方式进行拉力控制,在有侧风时会导致定桨距尾桨失速,因此在有侧风状态下无法
提供足够的拉力,同样导致尾桨功能失效;定转速尾桨通过桨距调节的方式改变拉力,由于
桨距变化范围较大,会造成在整个飞行过程中,尾桨的效率会因飞行状态不同降低等问题。
发明内容
速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨转速命令变化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳
定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航向扰动。
桨进行变距操作,以使所述尾桨通过桨距调节改变所述尾桨的拉力;舵机,所述舵机与所述
尾桨变距结构相连,所述舵机用于通过对所述尾桨变距结构的操纵以实现所述尾桨的桨距
调节;电动机,所述电动机与所述尾桨相连,所述电动机用于驱动所述尾桨;电机控制器,所
述电机控制器与所述电动机相连,所述电机控制器用于控制所述电动机的转速;以及飞行
控制器,所述飞行控制器分别与所述舵机以及所述电机控制器相连,所述飞行控制器用于
获取所述直升机当前的起飞重量和飞行速度,根据所述起飞重量和飞行速度确定所述尾桨
的转速信息,并将所述转速信息发送至所述电机控制器,以使所述电机控制器根据所述转
速信息控制所述电动机驱动所述尾桨,以及获取所述直升机的当前机体航向角速率和当前
航向操纵参数,根据所述当前机体航向角速率和航向操纵参数确定所述尾桨的桨距信息,
并将所述桨距信息发送至所述舵机,以使所述舵机根据所述桨距信息控制所述尾桨变距结
构对所述尾桨进行变距操作。
机控制器根据该转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速
率和当前航向操纵参数确定尾桨的桨距信息并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制
尾桨变距结构对尾桨进行变距操作。该系统可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的
需用拉力,并根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨
转速命令变化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航
向扰动。
直升机当前的飞行速度,F()为尾桨转速确定函数,所述函数通过对已标定的所述尾桨转
速与起飞重量和飞行速度的二维表进行插值确定所述尾桨转速。
述当前航向操纵参数,Δω为所述飞行控制器给出的所述尾桨的转速命令变化值,H()为
尾桨桨距确定函数,所述函数通过机体角速率的反馈控制以及尾桨转速变化前馈控制确定
当前尾桨的桨距值。
述直升机当前的起飞重量。
量和飞行速度确定所述尾桨的转速信息;将所述转速信息发送至所述电机控制器,以使所
述电机控制器根据所述转速信息控制所述电动机驱动所述尾桨;获取所述直升机的当前机
体航向角速率和当前航向操纵参数,并根据所述当前机体航向角速率和航向操纵参数确定
所述尾桨的桨距信息;将所述桨距信息发送至所述舵机,以使所述舵机根据所述桨距信息
控制所述尾桨变距结构对所述尾桨进行变距操作。
机控制器根据该转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速
率和当前航向操纵参数确定尾桨的桨距信息,并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控
制尾桨变距结构对尾桨进行变距操作。该方法可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨
的需用拉力,并根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾
桨转速命令变化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体
航向扰动。
直升机当前的飞行速度,F()为尾桨转速确定函数,所述函数通过对已标定的所述尾桨转
速与起飞重量和飞行速度的二维表进行插值确定所述尾桨转速。
述当前航向操纵参数,Δω为所述飞行控制器给出的所述尾桨的转速命令变化值,H()为
尾桨桨距确定函数,所述函数通过机体角速率的反馈控制以及尾桨转速变化前馈控制确定
当前尾桨的桨距值。
所述直升机当前的起飞重量。
转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速率和当前航向操
纵参数确定尾桨的桨距信息并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制尾桨变距结构对
尾桨进行变距操作。该直升机可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的需用拉力,并
根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨转速命令变
化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航向扰动。
动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速率和当前航向操纵参数确定尾桨
的桨距信息,并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制尾桨变距结构对尾桨进行变距
操作。该直升机可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的需用拉力,并根据该拉力确
定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨转速命令变化进行桨距控
制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航向扰动。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
于通过对尾桨变距结构12的操纵以实现尾桨11的桨距调节,电动机14与尾桨11相连,电动
机14用于驱动尾桨11,电机控制器15与电动机14相连,电机控制器15用于控制电动机14的
转速,以及
转速信息发送至电机控制器15,以使电机控制器15根据转速信息控制电动机14驱动尾桨
11,以及获取直升机的当前机体航向角速率和当前航向操纵参数,并根据当前机体航向角
速率和航向操纵参数确定尾桨11的桨距信息,并将桨距信息发送至舵机13,以使舵机13根
据桨距信息控制尾桨变距结构12对尾桨11进行变距操作。
量环节的测量,比如使用油位传感器测量当前油量大小、根据当前的燃油消耗率、当前主旋
翼的总距值来估计出直升机当前的起飞重量;当前直升机的飞行速度通常由导航系统给
出,根据获得的起飞重量和飞行速度确定尾桨11的转速信息,具体可以通过公式ωTR=F
(mg,v)来确定转速信息,ωTR为转速信息,mg为直升机当前的起飞重量,v为直升机当前的飞
行速度,确定转速信息后,将其发送至电机控制器15,电机控制器15根据转速信息控制电动
机14驱动尾桨11。
至舵机13,以使舵机13根据桨距信息控制尾桨变距结构12对尾桨11进行变距操作。
的尾桨驱动系统的结构示意图。
直接驱动,不需要减速环节,提高可靠性,电动机控制器15控制尾桨11电机恒定在需要的转
速,飞行控制器16根据目前直升机的飞行状态,给出尾桨11的转速和桨距信息,具体控制如
下:
过程中无法直接测量mg的大小,因此可以通过对直升机结构中变质量环节的测量如使用油
位传感器测量当前油量大小、根据当前的燃油消耗率、当前主旋翼的总距值来估计出当前
的起飞重量;v为当前对直升机的飞行速度一般通过导航系统给出。电机控制器15通过查表
(该表是使用仿真计算与试验修正得到的二维表)的方式确定当前最佳的尾桨转速ωTR。
信息同样影响尾桨桨距,主要用于让尾桨拉力在尾桨转速变化过程中基本保持恒定。在确
定尾桨转速的情况下,转速不随尾桨桨距的变化而改变,只由当前的飞行状态决定,一般的
飞行状态指起飞重量和飞行速度。在侧风条件下,此时的尾桨桨距可以根据侧风引起的机
体航向的偏移进行桨距调节,从而可以提高尾桨11抗侧风能力。同时尾桨11的转速一直工
作在最优的转速下,进而降低尾桨11的需用功率。
机控制器根据该转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速
率和当前航向操纵参数确定尾桨的桨距信息并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制
尾桨变距结构对尾桨进行变距操作。该系统可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的
需用拉力,并根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨
转速命令变化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航
向扰动。
桨距的计算中。
度,F()为尾桨转速确定函数,该函数通过对已标定的尾桨转速与起飞重量和飞行速度的
二维表进行插值确定尾桨转速。
控制器给出的尾桨的桨距命令变化值,H()为尾桨桨距确定函数,该函数通过机体角速率
的反馈控制以及尾桨转速变化前馈控制确定当前尾桨的桨距值,具体而言,如图4所示的直
升机的尾桨驱动系统的桨距控制方法,Δω为飞行控制器给出的尾桨的桨距命令变化值作
为前馈控制的输入和δped为当前航向操纵参数经过目标转速换算在经过角速率反馈控制两
者一起确定尾桨桨距。
计出直升机当前的起飞重量。
机控制器根据该转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速
率和当前航向操纵参数确定尾桨的桨距信息,并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控
制尾桨变距结构对尾桨进行变距操作。该方法可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨
的需用拉力,并根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾
桨转速命令变化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体
航向扰动。
转速信息控制电动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速率和当前航向操
纵参数确定尾桨的桨距信息并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制尾桨变距结构对
尾桨进行变距操作。该直升机可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的需用拉力,并
根据该拉力确定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨转速命令变
化进行桨距控制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航向扰动。
动机驱动尾桨,并根据获取的直升机的当前机体航向角速率和当前航向操纵参数确定尾桨
的桨距信息,并将其发送至舵机,舵机根据该桨距信息控制尾桨变距结构对尾桨进行变距
操作。该直升机可以有效根据起飞重量和飞行速度确定尾桨的需用拉力,并根据该拉力确
定尾桨的最佳旋转转速,降低了尾桨的功耗,并根据当前的尾桨转速命令变化进行桨距控
制,可以保证尾桨的稳定运行,减少在尾桨转速变化以后机体航向扰动。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。