專利名稱：一種直升機(jī)失動(dòng)力自旋降落裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無人直升機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降
落裝置。
背景技術(shù)：
直升機(jī)空中停車等失動(dòng)カ狀態(tài)下安全降落是航空領(lǐng)域重大技術(shù)難題之一。長(zhǎng)期以來，為確保直升機(jī)失動(dòng)カ安全降落，通常采用雙發(fā)或多發(fā)，盡管多數(shù)情況下故障發(fā)動(dòng)機(jī)可空中再次啟動(dòng)或可啟用備用發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于直升機(jī)備用發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，加之通常需要飛行員穩(wěn)定、準(zhǔn)確地加以控制，低空飛行或中高空高速飛行失動(dòng)カ時(shí)，直升機(jī)易迅速進(jìn)入失速、失控狀態(tài)，安全降落難以保障，機(jī)毀人亡的情況時(shí)有發(fā)生。2011年3月份，德國(guó)總理默克爾的座機(jī)AS332 Mk II型直升機(jī)曾發(fā)生飛行在1600米高空時(shí)，兩個(gè)引擎發(fā)生故障停車的事故，直升機(jī)急速下墜，直到驟降至距地面594米時(shí)，飛行員才重新讓引擎恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，險(xiǎn)些造成墜機(jī)事故。2007年04月27日，俄羅斯空軍ー架米一8直升機(jī)在車臣南部因發(fā)動(dòng)機(jī)在空中停車情況下嘗試緊急迫降時(shí)，最終因技術(shù)故障造成了飛機(jī)失事。本實(shí)用新型基于Co-Pilot II姿態(tài)平衡儀，設(shè)計(jì)ー套根據(jù)距地高度控制直升機(jī)主旋翼螺距角度的調(diào)整裝置，從而實(shí)現(xiàn)在失動(dòng)カ狀態(tài)下自旋降落，既減輕發(fā)生意外時(shí)飛行員的操縱壓力，又大幅度提高直升機(jī)安全降落的成功率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高飛行控制的精確性、減輕飛行員的操控壓力、大大提高直升機(jī)失動(dòng)カ后安全降落的成功率的直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降
落裝置。本實(shí)用新型直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降落裝置，包括機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備，所述機(jī)載設(shè)備包括姿態(tài)平衡儀、無線電接收機(jī)、超聲波傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述地面設(shè)備包括PC端軟件模塊和遙控器；所述機(jī)載設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送至地面設(shè)備，所述PC端軟件模塊將數(shù)據(jù)處理后生成螺距角度控制信號(hào)，所述PC端軟件模塊通過數(shù)據(jù)線連接至遙控器，并由遙控器將控制信號(hào)發(fā)射至無線電接收機(jī)，控制直升機(jī)傾斜盤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主旋翼螺距角度的控制。所述姿態(tài)平衡儀通過遙控器發(fā)射姿態(tài)中立控制信號(hào)，經(jīng)無線電接收機(jī)將此信號(hào)傳輸給姿態(tài)平衡儀，然后對(duì)模型機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行姿態(tài)平衡。本實(shí)用新型由于采用以上結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有提高飛行控制的精確性、減輕飛行員的操控壓力、大大提高直升機(jī)失動(dòng)カ后安全降落成功率的優(yōu)點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降落裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。目前國(guó)內(nèi)外較為成熟的無人直升機(jī)自平衡控制系統(tǒng)，通常采用三軸陀螺儀導(dǎo)航或紅外熱感應(yīng)導(dǎo)航方式。本實(shí)用新型擬依據(jù)該系統(tǒng)及其基本原理，在姿態(tài)平衡儀的基礎(chǔ)上，通過給模型直升機(jī)加裝超聲波傳感器來測(cè)定距地實(shí)時(shí)高度，將該高度數(shù)據(jù)傳送至PC端軟件模塊，由其計(jì)算模型直升機(jī)飛行速度，并依據(jù)高度與飛行速度，生成主旋翼螺距角度控制信號(hào)，通過futaba IOc遙控器發(fā)射給模型直升機(jī)。在對(duì)相關(guān)模型直升機(jī)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型選用align trex 500E型模型直升機(jī)作為實(shí)驗(yàn)機(jī)型，該模型直升機(jī)采用貝爾ー希拉ccpm控制系統(tǒng)，與一般民用直升機(jī)相似，因此具有較高模擬載人直升機(jī)的準(zhǔn)確性。該機(jī)型工作電壓25. 2V,起飛質(zhì)量1700g，主旋翼直徑970mm，主旋翼翼型為NACA0013，尾旋翼直徑200mm，尾旋翼翼型為NACA0015齒輪傳動(dòng)比1:12. 46:4. 68，采用gp780鎖尾陀螺儀，該機(jī)型具有價(jià)格低、穩(wěn)定性高、載重量高的特點(diǎn)，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。本實(shí)用新型擬通過三個(gè)步驟對(duì)該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)試及驗(yàn)證，第一步為人工操縱模型直升機(jī)熄火自旋降落，得出align 500e型模型直升機(jī)熄火降落正負(fù)主旋翼螺距的最佳角度，為PC端軟件模塊的程序設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第二步為模型直升機(jī)姿態(tài)平衡儀效果的實(shí)驗(yàn)，測(cè)試姿態(tài)平衡儀平衡效果并調(diào)整其感度，從而提高姿態(tài)平衡儀的穩(wěn)定性。第三步為PC 端軟件模塊與超聲波測(cè)高傳感器的結(jié)合效果驗(yàn)證，檢測(cè)并修正超聲波傳感器的誤差以及數(shù)傳模塊對(duì)模型直升機(jī)遙控裝置的干擾程度。(一)模型直升機(jī)熄火降落的工作原理在直升機(jī)正常飛行時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)使其失去動(dòng)力，隨后直升機(jī)開始沿一定軌跡下降，人工操縱遙控器改變直升機(jī)主旋翼的槳距，使其在氣流作用下自旋產(chǎn)生升力，以減小直升機(jī)的下落速度并最終保證其安全著落。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后，直升機(jī)失去動(dòng)力，雖然其主旋翼因慣性還會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，然而其轉(zhuǎn)速很快會(huì)在空氣阻カ的作用下降低直至停止。因此，實(shí)驗(yàn)人員必須適時(shí)調(diào)整主旋翼的槳距角度，使主旋翼借助直升機(jī)下降的速度加速旋轉(zhuǎn)。下面選取直升機(jī)熄火降落過程中的典型位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。直升機(jī)進(jìn)入熄火降落狀態(tài)，此時(shí)主旋翼槳距角度為負(fù)，直升機(jī)開始下降并帶動(dòng)主旋翼加速旋轉(zhuǎn)(如圖2)。當(dāng)直升機(jī)下降至一定位置吋，逐步增加主旋翼槳距角度至最大，主旋翼轉(zhuǎn)速下降，但其產(chǎn)生的升力卻増大了，最終使直升機(jī)安全降落。根據(jù)Align Trex 500E型模型直升機(jī)的設(shè)計(jì)及人工操縱模型直升機(jī)熄火降落實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，該模型直升機(jī)執(zhí)行熄火降落的適宜槳距角度為最低-6°，中間0°，最大12°，在此角度范圍內(nèi)模型直升機(jī)熄火降落的成功率較高，并以此作為下面槳距角度控制的基礎(chǔ)。(ニ)姿態(tài)平衡裝置工作原理姿態(tài)平衡儀采用美國(guó)Fma Co-Pilot II平衡儀，該姿態(tài)平衡儀由三部分組成Co-Pilot II (以下簡(jiǎn)稱CP-II)航空電子計(jì)算機(jī)、CP- II主傳感模塊、CP- II垂直傳感模塊。本實(shí)用新型采用此姿態(tài)平衡儀進(jìn)行模型直升機(jī)的姿態(tài)調(diào)整，通過遙控器發(fā)射姿態(tài)中立控制信號(hào)，接收機(jī)將此信號(hào)傳輸給航電計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)模型直升機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行姿態(tài)平衡；螺距控制信號(hào)則由主旋翼螺距角度控制系統(tǒng)進(jìn)行単獨(dú)處理。(三)主旋翼螺距角度控制系統(tǒng)工作原理主旋翼螺距角度控制系統(tǒng)主要包括HC-SR04超聲波傳感器、nrf905數(shù)據(jù)傳輸模塊、PC端軟件模塊三部分。在模型直升機(jī)失去動(dòng)カ后，姿態(tài)平衡儀實(shí)時(shí)啟動(dòng)，調(diào)整模型直升機(jī)姿態(tài)的平衡。由超聲波傳感器測(cè)定距地高度，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)射至PC端軟件模塊，其將數(shù)據(jù)處理后生成螺距角度控制信號(hào)，通過數(shù)據(jù)線連接至futabaIOcg遙控器，由遙控器將控制信號(hào)發(fā)射至模型直升機(jī)上的無線電接收機(jī)，控制模型直升機(jī)傾斜盤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模型直升機(jī)主旋翼螺距角度的控制。測(cè)定距地高度超聲波傳感器擬采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊。該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能,測(cè)距精度可達(dá)到3mm ;模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。傳感器采用IO ロ TRIG觸發(fā)測(cè)距，發(fā)出至少IOus的高電平信號(hào)。模塊可自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。有信號(hào)返回時(shí)，通過IO ロECHO輸出ー個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間即超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，進(jìn)而可得出距地高度(即高電平時(shí)間X聲速/2 )。通訊模塊擬采用挪威NORDIC公司推出的新款單頻射頻發(fā)射器芯片Nrf905。該模塊采用32引腳5mmX5mmQFN封裝，在我國(guó)可選用433mhz作為工作頻段。Nrf905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等部分組成。該模塊使用spi接ロ可以和任何mcu進(jìn)行通信，由于該模塊融合了 shockburst tm技術(shù),可以自動(dòng)處理數(shù)據(jù)包字頭，且內(nèi)置crc校驗(yàn)功能，確保了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，并且模塊有效傳輸距離可達(dá)300米，符合實(shí)驗(yàn)要求。當(dāng)超聲波測(cè)高數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至PC端軟件模塊時(shí)，其根據(jù)高度變化量及時(shí)間變化量測(cè)定實(shí)時(shí)速度，將螺距微調(diào)信號(hào)通過數(shù)據(jù)線傳輸至模型直升機(jī)遙控器。模型直升機(jī)失去動(dòng)カ的瞬間，將使其主旋翼螺距角度為負(fù)，使下降速度穩(wěn)定在5-6m/s，在距地2米時(shí)，控制模型直升機(jī)主旋翼螺距為正，產(chǎn)生下降阻力，使下降速度減至lm/s以下，從而確保模型直升機(jī)安全降落。從理論上看，控制方式采用無線電遙控器遙控方式，與傳統(tǒng)載人直升機(jī)的機(jī)械控制方式雖有所不同，但該裝置在應(yīng)用到載人直升機(jī)時(shí)，原理與本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的裝置基本一致。所以有理由相信，本實(shí)用新型的創(chuàng)新可以應(yīng)用于載人直升機(jī)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明如附圖所示，其包括機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備，機(jī)載設(shè)備包括姿態(tài)平衡儀、無線電接收機(jī)、超聲波傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊；地面設(shè)備包括PC端軟件模塊和遙控器；機(jī)載設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送至地面設(shè)備，PC端軟件模塊將數(shù)據(jù)處理后生成螺距角度控制信號(hào)，PC端軟件模塊通過數(shù)據(jù)線連接至遙控器，并由遙控器將控制信號(hào)發(fā)射至無線電接收機(jī)，控制直升機(jī)傾斜盤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主旋翼螺距角度的控制。姿態(tài)平衡儀通過遙控器發(fā)射姿態(tài)中立控制信號(hào)，經(jīng)無線電接收機(jī)將此信號(hào)傳輸給姿態(tài)平衡儀，然后對(duì)模型機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行姿態(tài)平衡。
權(quán)利要求1.一種直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降落裝置，包括機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備，其特征在于所述機(jī)載設(shè)備包括姿態(tài)平衡儀、無線電接收機(jī)、超聲波傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述地面設(shè)備包括PC端軟件模塊和遙控器；所述機(jī)載設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送至地面設(shè)備，所述PC端軟件模塊將數(shù)據(jù)處理后生成螺距角度控制信號(hào)，所述PC端軟件模塊通過數(shù)據(jù)線連接至遙控器，并由遙控器將控制信號(hào)發(fā)射至無線電接收機(jī)，控制直升機(jī)傾斜盤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主旋翼螺距角度的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直升機(jī)失動(dòng)カ自旋降落裝置，其特征在于所述姿態(tài)平衡儀通過遙控器發(fā)射姿態(tài)中立控制信號(hào)，經(jīng)無線電接收機(jī)將此信號(hào)傳輸給姿態(tài)平衡儀，然后對(duì)模型機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行姿態(tài)平衡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直升機(jī)失動(dòng)力自旋降落裝置，涉及無人直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。其包括機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備，機(jī)載設(shè)備包括姿態(tài)平衡儀、無線電接收機(jī)、超聲波傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊；地面設(shè)備包括PC端軟件模塊和遙控器；機(jī)載設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送至地面設(shè)備，PC端軟件模塊將數(shù)據(jù)處理后生成螺距角度控制信號(hào)，PC端軟件模塊通過數(shù)據(jù)線連接至遙控器，并由遙控器將控制信號(hào)發(fā)射至無線電接收機(jī)，控制直升機(jī)傾斜盤。本實(shí)用新型由于采用以上結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有提高飛行控制的精確性、減輕飛行員的操控壓力、大大提高直升機(jī)失動(dòng)力后安全降落成功率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B64D25/00GK202439842SQ20122007101
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者李涵, 畢學(xué)森, 韓奕寧 申請(qǐng)人:李涵