[发明专利]一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器

说明书

本发明公开了一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器，涉及飞行器横向稳定性控制技术领域，本发明包括：马格努斯球体、全向轮、底座、合金钢珠、弧形轮架、驱动电机和平台；所述底座的底部安装有多个球形合金钢珠，多个所述球形合金钢珠的底部相贴合有马格努斯球体，所述马格努斯球体的底部相贴合有三个全向轮，三个所述全向轮的一端安装有支撑板，所述支撑板的底部固定连接有平台；本发明借助中间球体来横向来流中高速旋转产生的马格努斯力为飞行器横向稳定控制提供了一种控制力的产生方法，球体能够绕空间中任意轴转动使得该装置能够提供全向的马格努斯控制力；其可广泛应用于大气层内各类飞行器的姿态控制领域。

技术领域

本发明涉及飞行器横向稳定性控制技术领域，尤其涉及一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器。

背景技术

当一个旋转物体旋转角速度与飞行速度方向不重合时，因为空气具有粘性导致旋转物体周围产生边界层分离的现象，从而产生环量脱落造成上下表面压力差，从而在旋转轴与速度矢量所组成的平面相垂直的方向上产生一个横向力，此力便是马格努斯力。但是现今的主流研究都将其作为一种干扰力而并没有一种控制力进行利用。

各类飞行器在大气层内飞行时不可避免遇到各类扰动干扰，其对飞行器的稳定性和操纵性造成巨大影响，为了保证飞行器工作不受到影响，需要各种操作方法抵消扰动对飞行器的干扰。常见的飞行器姿态控制方法是使用各类算法，经过大量运算对扰动进行解耦，分别操纵多个舵机产生多个操作力矩对干扰进行抵消保证飞行器飞行稳定性。但是此种方式所需要运算量大、机理复杂、响应效率慢，众多研究者为提高此类方法的控制效率，投入大量时间研究算法为了减少计算量提高计算效率，但是因为机构的局限性导致控制效率难以得到大幅提高。

为了解决上述传统飞行器姿态控制方法中的系列问题，本发明提出一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在常见的飞行器姿态控制方法是使用各类算法，经过大量运算对扰动进行解耦，分别操纵多个舵机产生多个操作力矩对干扰进行抵消保证飞行器飞行稳定性。但是此种方式所需要运算量大、机理复杂、响应效率慢，众多研究者为提高此类方法的控制效率，投入大量时间研究算法为了减少计算量提高计算效率，但是因为机构的局限性导致控制效率难以得到大幅提高的问题，而提出的一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器，包括：

底座，所述底座的底部安装有多个球形合金钢珠，多个所述球形合金钢珠的底部相贴合有马格努斯球体，所述马格努斯球体的底部相贴合有三个全向轮，三个所述全向轮的一端安装有支撑板，所述支撑板的底部固定连接有平台，三个所述全向轮与所述马格努斯球体的球面接触并沿径向压紧。

优选地，三个所述全向轮的一端安装有增量式编码器，三个所述全向轮远离所述增量式编码器的另一端安装有驱动电机，所述增量式编码器的外侧壁安装有弧形轮架。

优选地，三个所述全向轮构成全向轮驱动组件，所述底座和多个所述球形合金钢珠构成滚珠支座。

优选地，所述马格努斯球体置于固装于所述滚珠支座和所述全向轮驱动组件之间。

优选地，所述底座的底部开设有滑轨，所述球形合金钢珠安装在所述滑轨内。

优选地，所述马格努斯球体为质量均匀分布的空心金属球体，三个所述全向轮为金属或陶瓷材质，三个所述全向轮的滚轮轮面与所述马格努斯球体的球面上均设有胶层。

优选地，所述底座开设的所述滑轨内层设有具有自润滑特性的铜合金加固的PTFE内衬。

优选地，三个所述全向轮的中轴线和所述驱动电机的中轴线向下交汇于一点，所述增量式编码器与所述驱动电机紧密联结，用于监测和反馈所述驱动电机的转动速度，三个所述全向轮安装在所述弧形轮架上。