[其他]周期性变桨控制系统和旋翼飞行器

说明书

一种周期性变桨控制系统和旋翼飞行器。该周期性变桨控制系统包括具有弹簧系统(100)的基于扭矩的旋翼总成(1)，基于扭矩的旋翼总成(1)被设计为谐振运行，其中对旋翼施加的扭矩的改变控制叶片桨距角并最终控制旋翼飞行器的运动。相关联的弹簧构件(14)的刚度被允许响应于电机(31)施加于旋翼总成(1)的扭矩而变化。

技术领域

本文涉及弹簧系统，该弹簧系统用于设计为谐振运行的基于扭矩的旋翼总成，其中扭矩的改变控制叶片桨距角并最终控制旋翼飞行器的运动。更具体而言，本发明提出用于这样的旋翼总成的弹簧系统，其中刚度可以响应于从或由电机所施加的力或扭矩的水平而改变。

背景技术

无人飞行器(UAV)用于范围广泛的应用领域，既有民用又有军用，包括检查、情报、侦查和营救任务。UAV设计范围从大型固定翼喷气机到具有一个或多个旋翼的较小的旋翼飞行器。电子工业在过去几十年中的进步已经使得可以将无人飞行器的必要部件缩小为掌上型，即所谓的微型飞行器(MAV)。这些飞行器例如可以抬起相机并传输视频图像，同时仍然具有高度的机动性。

不论尺寸如何，像直升机这样的旋翼飞行器通常都由围绕竖直转轴旋转的一个或多个旋翼来支持。在常规直升机中，来自旋翼的推力大小和推力的方向可以通过改变旋翼叶片的桨距角来控制。飞行的水平方向和直升机的稳定性可以通过用所谓的旋转斜盘周期性调整旋翼叶片的桨距角来控制。周期性调整桨距角指的是每个旋翼叶片的桨距角从某一特定位置的最大值调整到旋转后的180度最小值。当叶片桨距如此改变时，初始竖直的推力倾斜，从而产生水平分量，使直升机沿期望方向移动。通过共同改变所有旋翼叶片的叶片桨距(即，使所有叶片的叶片桨距改变相同的大小)，或者通过改变旋翼的转速，可以沿竖直方向控制直升机。

旋翼叶片的叶片桨距角的改变通常通过操作附接于旋转斜盘的操纵杆来完成，旋转斜盘为包含彼此转动连接的旋转式盘和非旋转式盘的单元。通常，每个叶片的内端经由变距拉杆连接于旋转式盘，而操纵杆附接于非旋转式盘。操作操纵杆使旋转斜盘在一个或多个点处倾斜或下降。当旋翼旋转时，旋翼叶片的叶片桨距角随着其在被旋转斜盘操纵杆倾斜或下降的部分之上移动而通过旋转周期性调整。

旋翼飞行器中的操纵杆通常附接于或者包含伺服机构，伺服机构根据飞行员的输入信号操作操纵杆的运动，使得飞行器沿期望方向移动。然而，鉴于MAV技术的进步，并且为了使得飞行器能够更加简单和成本低廉，期望使用不依赖于先前提及的用于操纵飞行器的旋转斜盘和伺服机构的设计。

存在一些常规的旋翼控制系统，其中旋翼扭矩的快速改变被转换为围绕推力发生旋翼的旋翼叶片的叶片桨距轴线的力矩，以最终控制旋翼飞行器的运动。然而，这样的系统常常需要施加相对大的扭矩输入以提供叶片桨距角的实质改变并因此提供变化的水平方向。因而，这种常规系统会对其可能经受的速度和风力具有显著的限制，并且仍然能够充分运行。常规系统也考虑旋翼系统的谐振，但现在使用的所有已知旋翼系统都试图避免旋翼总成每个部件中的谐振。例如，旋翼叶片处发生的弯曲和应变主要由机身与旋翼之间的结构耦合所导致的振动和谐振而引起，并且这在任何可能的时候都应当被避免，并且许多常规技术或布置都设计为消除或减小旋翼系统自身的或旋翼与飞行器之间的谐振。而且，尽管谐振增益的概念可能一般适用于机械系统，谐振的固有特征意味着，增益系数将会在整个范围内变化，并且在机械系统的自然频率之上和之下都更低。因而通过限制其在仍然最佳运行的同时可以承受的转速范围，机械系统的性能将会例如随着转速显著变化。

因此，尤其是在没有上述缺点和限制地使用谐振增益的情况下，本领域需要用于小型MAV和较大型的旋翼飞行器的相对简单的基于扭矩的旋翼控制系统，以实现更简单、更好且更高效的旋翼系统。

实用新型内容

本文中实施例的目的在于克服或者至少缓解上述缺点。该目的和其他目的通过本文所包含的权利要求来实现。