一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统的制作方法

本发明涉及飞行器姿态控制技术领域，具体为一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统。

背景技术：

vtol和stovl飞行器是现代航空工业的一项重要研究课题，目前无人机领域多采用的方案是尾座式垂直起降、倾转旋翼机和复合翼式垂直起降无人机，目前主流方案是在垂直起降时多采用四旋翼的气动布局，这意味着增加了平飞时的失重、体积和飞行时的空气阻力。因此，发展双旋翼无人机具有一定的必要性。针对此类问题可以采用将升力风扇融入机翼中的布局，以减少平飞时的空气阻力，由于vtol和stovl无人飞行器在过渡速度较低阶段舵面效率不足，故需要一种过渡稳定平滑、可控性强的垂起控制方案。因此，发展双旋翼无人机具有一定的必要性。

现有的双旋翼无人机的控制方式有以下几种：

(1)变桨距调节，调节力度强，快速性好，但是结构复杂体积大，生产和维护成本高。

(2)矢量推力调节，结构简单，调节力度强，但是对舵机的输出力矩要求较大，响应快速性差，且由于舵机的微小偏转都会产生明显的俯仰控制效果，使得矢量控制的稳定性较差，飞行器容易发生抖动。

(3)滑流舵调节，结构简单，快速性好，但是调节能力弱，需要较大舵面才能产生足够的控制力，导致迎风面增大，易受气流干扰。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，解决了现有双旋翼无人机的控制方式中：(1)变桨距调节，结构复杂体积大，生产和维护成本高；(2)矢量推力调节，对舵机的输出力矩要求较大，响应快速性差，且由于舵机的微小偏转都会产生明显的俯仰控制效果，使得矢量控制的稳定性较差，飞行器容易发生抖动；(3)滑流舵调节，调节能力弱，需要较大舵面才能产生足够的控制力，导致迎风面增大，易受气流干扰的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，包括主体及其两侧设置的舵面系统，所述主体包括碳纤维基座、无刷电机和旋翼，所述舵面系统包括支架、舵面组、连杆和舵机机构。

所述支架固定连接在碳纤维基座的两侧，所述舵面组通过光轴转动连接在支架顶部的前后两侧，所述舵机机构固定连接在支架的顶部，且舵机机构的前后两侧通过连杆与舵面组连接。

优选的，所述舵机机构包括固定连接在支架顶部的伺服电机，所述伺服电机输出轴的顶端固定连接有齿轮。

优选的，所述支架的顶部且位于固定座的外部固定连接有限位架，且伺服电机输出轴的顶端与限位架的内侧转动连接。

优选的，所述限位架的内部且位于齿轮的一侧滑动连接有连杆，且连杆的一侧开设有与齿轮相啮合的齿槽。

优选的，所述连杆的两端分别贯穿两侧的舵面组。

优选的，所述连杆的内部且位于舵面组的两侧均贯穿有圆杆，所述舵面组的内部开设有与连杆滑动连接的滑槽。

优选的，所述舵面组由两块舵面组成，且两块舵面之间相互平行。

优选的，所述无刷电机和旋翼均设置有两组，且无刷电机对称固定连接在碳纤维基座顶部的左右两侧，所述旋翼固定连接在无刷电机输出轴的顶端。

有益效果

本发明提供了一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，较变桨距调节相比结构简单，轴向尺寸小，生产和维修难度与成本低。

(2)、该可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，抑制了抖舵对系统稳定性带来的干扰，较矢量调节相比稳定性和快速性好，且对舵机输出力矩要求不高，即小舵机即可实现控制，减轻重量。

(3)、该可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，较滑流舵调节相比调节效果强且迎风面小，抗干扰能力更强。

(4)、该可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，实现了固定双旋翼的高效稳定的控制，且灵活性更高，稳定性更好，更适用于vtol和stovl飞行器的起降控制。

附图说明

图1为本发明整体结构的立体图；

图2为本发明舵面系统的俯视图；

图3为本发明舵面组的立体图。

图中：1-主体、11-碳纤维基座、12-无刷电机、13-旋翼、2-舵面系统、21-支架、22-舵面组、23-连杆、24-舵机机构、241-伺服电机、242-齿轮、243-限位架、244-齿槽、245-固定座、25-圆杆、26-滑槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统，包括主体1及其两侧设置的舵面系统2，主体1包括碳纤维基座11、无刷电机12和旋翼13，无刷电机12和旋翼13均设置有两组，且无刷电机12对称固定连接在碳纤维基座11顶部的左右两侧，旋翼13固定连接在无刷电机12输出轴的顶端，舵面系统2包括支架21、舵面组22、连杆23和舵机机构24，舵面组22由两块舵面组成，且两块舵面之间相互平行。

支架21固定连接在碳纤维基座11的两侧，舵面组22通过光轴转动连接在支架21顶部的前后两侧，舵机机构24固定连接在支架21的顶部，且舵机机构24的前后两侧通过连杆23与舵面组22连接，连杆23的内部且位于舵面组22的两侧均贯穿有圆杆25，舵面组22的内部开设有与连杆23滑动连接的滑槽26。

舵机机构24包括固定连接在支架21顶部的伺服电机241，伺服电机241输出轴的顶端固定连接有齿轮242，支架21的顶部且位于固定座245的外部固定连接有限位架243，且伺服电机241输出轴的顶端与限位架243的内侧转动连接，限位架243的内部且位于齿轮242的一侧滑动连接有连杆23，且连杆23的一侧开设有与齿轮242相啮合的齿槽244，连杆23的两端分别贯穿两侧的舵面组22。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

使用时，通过程序控制无刷电机12与伺服电机241工作，无刷电机12带动旋翼13高速转动，形成向下的气流，实现飞行；要控制舵面组22时，控制伺服电机241工作，伺服电机241带动齿轮242转动，进而带动连杆23向一侧移动，配合圆杆25拉动舵面组22向一侧摆动，实现舵面组22角度的调节，对部分螺旋桨下洗气流导流，产生了一个推力矢量，并产生姿态控制力矩，实现了对飞行器的姿态控制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。