[发明专利]用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇及控制方法

权利要求书

1.一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特征在于：从上至下包括圆筒状的涵道壁，安装在圆筒状涵道壁上且位于涵道壁轴向中间位置的矢量气动舵涵道风扇、靠近筒状涵道壁下端与涵道壁固接在一起的矢量气动舵内环、包围矢量气动舵内环并与其间隔一定距离的矢量气动舵外环，位于矢量气动舵内环和矢量气动舵外环之间且连接内环和外环的环形轴承、与矢量气动舵外环通过外环齿轮和外环伺服电机齿轮相啮合的外环伺服电机、安装在矢量气动舵外环上且位于矢量气动舵底部出风口的矢量气动舵可偏转的叶珊；

所述矢量气动舵涵道风扇桨叶端部和涵道壁的间隙足够小，该间隙用以保持叶片平面以下的高压气流没有回流、叶片端部涡阻减少到几乎为0、从而用较小的涵道直径产生很大的轴向力。

2.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特征在于：所述的矢量气动舵涵道风扇包括固装在涵道壁上的涵道风扇支架、道风扇支架上的若干个风扇桨叶、以及固装在支架中心的伺服驱动电机，该伺服驱动电机产生矢量气动舵的轴向力。

3.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特征在于：所述环形轴承外圈与矢量气动舵外环的连接以及环形轴承内圈与矢量气动舵内环的连接分别为过盈连接；所述外环伺服电机通过齿轮啮合带动外环转动，外环通过环形轴承带动内环转动，内环通过紧固装置带动涵道旋转以及涵道风扇旋转。

4.根据权利要求3所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特征在于：所述涵道的旋转用于改变叶栅的朝向，所述叶栅的偏转用于改变涵道气流的方向，这两种角度是可以变化的，这两个功能合成以后称为矢量气动舵。

5.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特征在于：所述的矢量气动舵叶栅由若干片在同一平面上以同一个角度转动的叶栅叶片组成，该矢量气动舵叶栅还包括安装在矢量气动舵外环内侧凹陷处的推拉电机，该推拉电机用于拉动叶栅拉杆使叶栅叶片做0-180度运动，该推拉电机产生矢量气动舵的横向力和轴向力。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：飞控系统接收大气环境传感器信息、操纵矢量气动舵的叶栅偏转；

步骤二：通过矢量气动舵的叶栅偏转控制无人机飞行的六个自由度。

7.根据权利要求7所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇的控制方法，其特征在于：所述的叶栅角度偏转包括叶栅朝向偏转和叶栅角度偏转这两种偏转的叠加偏转，所述叶栅朝向偏转为沿着涵道中心轴的360度旋转，所述叶栅角度偏转为以叶栅叶片宽度为半径的0-180度的偏转。

8.根据权利要求7所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇的控制方法，其特征在于：所述步骤一的具体过程如下：

环境传感器向飞控系统反馈大气环境信息；所述大气环境信息包括风向信息、风速信息、空气粘度信息；

飞控系统根据大气环境信息计算大气中与飞行方向不一致的侧向风造成的对于无人机的侧向力；

飞控系统操纵矢量气动舵产生侧向力抵抗侧向风所造成的偏航；

矢量气动舵偏转叶栅产生侧向力，保持无人机正确的飞行姿态以及航向和航路。

9.根据权利要求7所述的一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇的控制方法，其特征在于：所述步骤二的通过矢量气动舵的叶栅偏转控制无人机飞行的六个自由度，该六个自由度包括X、Y、Z座标，α、β、γ横侧，航向、和纵向倾斜角，所述控制无人机飞行的六个自由度，具体要求为保持纵向飞行攻角α±0.5°和横向倾斜角β±0.5°和航向角γ±1°。