[发明专利]姿态可控模块单元、飞行器及姿态控制方法

说明书

姿态可控模块单元、飞行器及姿态控制方法，姿态可控模块单元包含喷气推力装置、方向调控装置、弯管和机架；喷气推力装置安装在机架上，弯管与喷气推力装置的喷气口相连，气流可沿弯管喷出，弯管可由设置在机架上的方向调控装置驱动，弯管可绕与喷气口对接的端面轴线旋转，姿态控制方法包含俯仰运动控制：使第一弯管和第二弯管同时向前或向后偏转；横滚运动控制：使第一弯管和第四弯管分别向两侧偏转；偏航运动控制：使第一弯管和第四弯管同时向后偏转，第二弯管和第三弯管同时向前偏转。本发明降低了对驱动的需求，不会破坏机身的流线型，以新的方式实现俯仰、偏航、横滚三轴姿态控制，既可以实现垂直起降阶段时快速机动，也可以实现高速巡航。

技术领域

本发明涉及姿态可控装置及飞行器，具体涉及姿态可控模块单元、飞行器及姿态控制方法，属于飞行器技术领域。

背景技术

传统飞行器在垂直起降阶段时多依靠发动机的推力差实现姿态的控制，而部分发动机如涡喷发动机的推力响应速度无法满足飞行器的位姿控制需求；螺旋桨能量密度低，且体积大，布置于机身外围，而常用的涡喷发动机尾喷管旋转范围小，如若旋转发动机会破坏机身流线型。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种姿态可控模块单元、飞行器及姿态控制方法。

姿态可控模块单元包含喷气推力装置、方向调控装置、弯管和机架；喷气推力装置安装在机架上，弯管与喷气推力装置的喷气口相连，气流可沿弯管喷出，弯管可由设置在机架上的方向调控装置驱动，弯管可绕与喷气口对接的端面轴线旋转。

飞行器包含机体和四个姿态可控模块单元；四个姿态可控模块单元阵列布置在机体上，每个姿态可控模块单元的机架固定在机体上。

姿态控制方法包含：俯仰运动控制：控制方向调控装置使得第一弯管和第二弯管同时向前或向后偏转，控制方向调控装置使得第三弯管和第四弯管出口向下，此时第三弯管和第四弯管沿Z轴上的力为F3和F4，第一弯管和第二弯管沿Z轴上的力为F21，F1＝F2＝F3＝F4＞F21，所以合力产生一个低头力矩，飞行器低头；同理当控制方向调控装置使得第三弯管和第四弯管同时向前或后偏转时，合力会产生抬头力矩，飞行器抬头，实现俯仰运动；

横滚运动控制：控制方向调控装置使得第一弯管和第四弯管分别向两侧偏转，此时第一弯管和第四弯管沿Z轴上的力为F11和F41，控制方向调控装置使得第二弯管和第三弯管的出口向下，此时第二弯管和第三弯管沿Z轴上的力为F2和F3，F2＝F3＞F11＞F41，合力产生一个左滚翻力矩，飞行器向左滚转；同理当控制方向调控装置使得第二弯管和第三弯管分别向两侧偏转时，控制方向调控装置使得第一弯管和第四弯管的出口向下，合力会产生右滚翻力矩，飞行器向右滚转，实现横滚运动；

偏航运动控制：控制方向调控装置使得第一弯管和第四弯管同时向后偏转，控制方向调控装置使得第二弯管和第三弯管同时向前偏转时，其合力产生一个左偏航力矩，飞行器向左偏航；同理当控制方向调控装置使得第一弯管和第四个弯管同时向前偏转，控制方向调控装置使得第二弯管和第三弯管同时向后偏转时，其合力会产生右偏航力矩，飞行器向右偏航，实现偏航运动。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明的姿态可控模块单元为一维矢量结构，对力的方向调节最高可实现不超过180°的范围调节，调节范围较大；一维矢量姿态可控模块单元可降低对发动机推力调节速度的依赖，可以使发动机转速固定；一维矢量姿态可控模块单元的弯管外露，降低了对驱动的需求，同时只有弯管露在机身外侧，不会破坏机身的流线型。一维矢量姿态可控模块单元搭配固定翼机身可以完成垂直起降、过渡转快速平飞，既可以拥有普通旋翼飞机的快速机动能力，也拥有高速巡航的能力，同时体积小负载大续航能力强。