[发明专利]一种可变角度扇叶舵面的无人机姿态控制系统

说明书

本发明公开了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，本发明涉及飞行器姿态控制技术领域。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；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；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；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。

技术领域

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。

发明内容

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。