[发明专利]小型氦气球双螺旋桨控制装置及方法

说明书

本发明涉及飞行器控制领域，具体涉及一种小型氦气球双螺旋桨控制装置及方法。该装置通过双螺旋桨提供动力使浮力有限的小型氦气球实现飞行控制，两个螺旋桨安装在氦气球下方的固定轴的左右两侧，与固定轴具有不同的相对位置，上螺旋桨的朝向向下，且与水平方向成45度，下部螺旋桨的朝向向上，且与垂直方向成45度，通过分别控制两个螺旋桨进行正转反转实现推力方向的改变，分别控制两个螺旋桨的转速实现推力大小的变化，进而实现装置的上升下降、前进以及左转右转。适用于浮力及载重有限的小型氦气球，对于批量生产的情况，使用双螺旋桨可以减少载重、降低整体成本，进而可以安装额外的装置。

技术领域

本发明涉及飞行器控制领域，具体涉及一种小型氦气球双螺旋桨控制装置及方法。

背景技术

随着物联网技术的发展，社会生产生活中需要越来越多的小型飞行器完成越来越多样化的任务，但是如今的人为控制或自主控制的小型飞行器大多基于四轴旋翼无人机，耗电速度快且滞空时间短，无法长时间滞空完成观测与物联网感知任务。

氦气球自身具有浮力且比氢气球更安全，对于大型的氦气球的控制方式多样，但是对于未来应用在物联网中的大量小型氦气球，由于其浮力有限，总体上不能安装过多的设备，飞行控制装置越重，其他功能性装置或者电源就搭载的更少，越重的飞行控制装置意味着搭载更少的其他装置或者更少的滞空时间，使用简化且重量小的装置对氦气球进行有效的飞行控制是实现小型氦气球飞行器发展的重要问题。

发明内容

本发明的目的是针对氦气球浮力有限，不能搭载过多的装备的不足，提出了通过双螺旋桨对小型氦气球进行飞行控制，通过分别控制两个螺旋桨进行正转反转及转速实现推力方向及大小的变化，进而实现装置的上升下降、前进以及左转右转，实现了使用双螺旋桨对小型氦气球进行飞行控制的装置及方法。

本发明具体采用如下技术方案：

小型氦气球双螺旋桨控制装置，安装于氦气球的下部，包括上螺旋桨、固定轴、下螺旋桨和飞行控制部，所述飞行控制部包括两个螺旋桨电机、控制器、通信模块和电源模块，控制器通过通信模块接收外部设备的控制命令对两个螺旋桨电机进行控制，两个螺旋桨电机分别给上螺旋桨和下螺旋桨提供动力，电源模块为整个装置供电。

优选地，上螺旋桨的朝向向下，且与水平方向成45度，下部螺旋桨的朝向向上，且与垂直方向成45度。

优选地，控制器能够控制上螺旋桨和下螺旋桨进行正转或反转，实现推力方向的改变，上螺旋桨和下螺旋桨正转时推力朝向固定轴所在方向，反转时远离固定轴所在方向。

小型氦气球双螺旋桨控制方法，采用如上所述的小型氦气球双螺旋桨控制装置，选择氦气球使氦气球浮力与自身重量以及飞行控制部的重量抵消，外部设备发送控制命令到通信模块，控制器通过通信模块获得控制命令对两个螺旋桨电机的旋转方向和转速大小进行控制，控制实现上升、下降、前进、左转和右转；

上升的实现过程为，当上螺旋桨反转，推力方向远离固定轴，产生垂直向上方向和水平向后方向的分力，下螺旋桨正转，推力方向朝向固定轴，产生垂直向上方向和水平前进方向的分力，当上下螺旋桨产生的推力相同时，两个螺旋桨电机在水平方向的推力的分力相互抵消，在垂直向上方向产生合力，实现装置的上升；

下降的实现过程为，当上螺旋桨正转，下螺旋桨反转且两个螺旋桨产生的推力相同时，上螺旋桨在垂直向下方向和水平前进方向产生分力，下螺旋桨在垂直向下方向和水平向后方向产生分力，水平方向两个螺旋桨的分力相互抵消，在垂直向下方向形成合力，实现装置的下降；

前进的实现过程为，当上螺旋桨与下螺旋桨都正转时，上螺旋桨在垂直向下方向和水平前进方向产生分力，下螺旋桨在垂直向上和水平前进方向产生分力，两个螺旋桨在垂直方式产生的分力相互抵消，在水平前进方向产生合力实现装置的前进；