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    螺旋桨式无人机有望使用推力矢量技术


    通常在高原执行任务的无人机都会安装大展弦比机翼,旨在相对较低的空速下提供更多的起重力。然而,一旦无人机采用了大展弦比机翼,往往会失去可操作性。因此,这样的无人机通常需要更大的转弯半径,而且在斜坡转向时不能保持高度,这是因为当倾斜角过大时,机翼产生的举升力将急剧下降。这种飞行状态在高原山区飞行时随时都会出现飞行安全问题。

      

     

      为了让普通的螺旋桨推进器无人机具有直接力控制的能力,研究者首先提出了一种螺旋桨推进器的变推力轴线机构。变推力轴线机构是一个二自由度的伺服运动平台,可以通过两个电动作动筒实现平台在平面内的俯仰和滚转运动。由图中可以看到,螺旋桨推进器安装在该伺服平台上,伺服平台与无人机机体相连。通过变推力轴线机构的伺服运动能够改变推进器推力线与无人机机体轴线之间的夹角,从而使得无人机具备了直接力控制的能力。

      

     

      推力矢量是一种基于直接力/力矩控制的无人机飞行控制技术,能够增强无人机的机动性能,从而提高飞行品质和飞行安全。最近一项研究针对采用普通螺旋桨为推进动力的无人机变推力轴线控制技术进行研制,在不改变无人机主要结构的基础上,通过增加发动机与机体之间的伺服机构改变螺旋桨发动机的推力线,从而实现无人机的直接力/力矩控制。

      推力矢量是一种直接力/力矩控制技术,大多用于喷气式发动机的推力偏转,而对于普通螺旋桨式发动机的推力矢量技术的研究还并不多见。由于普通螺旋桨发动与喷气式发动机在工作原理和气动力产生机制上的差异,现有的针对喷气式发动机推力矢量的理论与成果不能直接应用于螺旋桨式发动机的无人机飞行控制中。

      该项研究通过在螺旋桨推进器与无人机之间增加二自由度伺服平台,实现了推进器推力轴向的伺服运动。结合该研究所提出的气动舵面/直接力控制的混合型控制策略,能够有效协同气动力和直接力控制面,从而提高无人机在大机动飞行时的性能。

      这一研究成果能够提高普通螺旋桨型无人机在高原地区飞行的机动性能,具有重要的国防和科学意义。


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