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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种扑翼旋翼混合动力的仿昆虫飞行器的飞行控制方法，包含六个执行器，分别为左扑翼动力组、右扑翼动力组、头旋翼动力组、尾旋翼动力组、头矢量舵机和尾矢量舵机；所述扑翼旋翼混合动力仿昆虫飞行器的飞行可以分解为四个自由度的基本运动：升降运动，俯仰运动，滚转运动，偏航运动；受运动耦合的作用，俯仰运动将进一步影响前后的纵向运动，滚转运动将进一步影响左右的横向运动，通过对六个执行器协同控制，实现飞行器的各个自由度运动的控制。本发明扑翼旋翼混合动力仿昆虫飞行器的双模式备份冗余飞行控制方法，使操作者可以自主选择扑翼的开启与关闭，也可以保障飞行器在危险情况下安全飞行并降落。

主权项：1.一种扑翼旋翼混合动力的仿昆虫飞行器的飞行控制方法，其特征在于：包含六个执行器，分别为左扑翼动力组、右扑翼动力组、头旋翼动力组、尾旋翼动力组、头矢量舵机和尾矢量舵机；所述扑翼旋翼混合动力仿昆虫飞行器的飞行可以分解为四个自由度的基本运动：升降运动，俯仰运动，滚转运动，偏航运动；受运动耦合的作用，俯仰运动将进一步影响前后的纵向运动，滚转运动将进一步影响左右的横向运动，通过对六个执行器协同控制，实现飞行器的各个自由度运动的控制；所述升降运动的控制方法为：在飞控系统的配置中，将控制输出的油门通道信号同步分配给左右扑翼动力组和头尾旋翼动力组；旋翼动力组的油门信号将表现为无刷电机的转速，进而表现为螺旋桨的转速，从而影响升力的大小；扑翼动力组的油门信号将表现为扑翼电机的转速，进而表现为扑翼扑动的频率，从而影响扑翼升力的大小；根据不同的需要，分别调整扑翼和旋翼动力的相对比例大小，从而可以调节在悬停飞行时飞行器的整体振动水平；当增大油门的信号时，四个电机的转速将会同步增大，使总升力大于飞行器的重力，从而产生飞行器的上升运动；四个电机的转速同步减小时，飞行器则会向下运动；所述俯仰运动的控制方法为：飞控系统将控制输出的俯仰通道信号分别正负分配给头尾旋翼动力组，因此俯仰通道控制信号将反应为头尾旋翼动力组螺旋桨的差速旋转；当两个螺旋桨转速不一致时，飞行器的头部和尾部将会产生升力差，进而产生俯仰力矩，机身向前或向后倾斜，从而实现俯仰运动和纵向运动；所述偏航运动的控制方法为：飞控系统将控制输出的偏航通道信号同步分配给头尾矢量舵机；矢量舵机可以驱动旋翼动力组整体左右偏转，从而使旋翼的推力产生一定的横向分力；由于矢量舵机朝相反方向安装，因此偏航通道信号将反应为头尾矢量舵机摇臂及其旋翼动力组朝相反方向的矢量偏转，进而产生头尾方向相反的横向分力；这组横向分力绕重心竖轴会形成一个航向偏转力矩，机身向左或向右偏航，从而实现偏航运动的控制；采用双模式飞行控制方法，具体为：根据实际应用场景，选择扑翼动力组的开启或关闭；如果扑翼动力组开启，则为扑翼旋翼混合动力模式；如果扑翼动力组关闭或不安装扑翼，则为纯旋翼动力模式；所述的执行器具体结构包括机身、扑翼动力组、矢量旋翼动力组和飞行控制组；所述机身为由机头、主机舱、机舱底盖和机尾组成的封闭完整的仿生曲面外形，其中机头和机尾的结构和外形完全一致，主机舱左右两侧通过支撑片粘贴扑翼膜；所述扑翼动力组为分布在机身两侧互为镜像的一对扑翼动力装置，动力装置通过经过减速后通过连杆将圆周运动转换为直线运动，驱动摇臂带动扑翼往复扑动产生周期性升力；所述矢量旋翼动力组包括分别分布在机头和机尾处结构外形完全相同的两个矢量旋翼动力结构，包括电机座、舵机、摇臂、转轴、无刷电机、螺旋桨，所述电机座插在所述机头下表面凸起的电机座安装位上；所述转轴穿过所述电机座和机头电机座安装位上的轴孔中，将两者同轴铰接在一起；所述无刷电机安装在电机座上，所述螺旋桨与无刷电机轴采用过盈配合的安装方式；所述摇臂内嵌于电机座侧面的摇臂槽中，所述舵机通过花键驱动摇臂偏转，从而带动电机座和无刷电机矢量偏转，无刷电机驱动螺旋桨旋转产生矢量升力；所述飞行控制组包括固定在机身上的飞控板和电调板，飞控板通过电调板与扑翼动力组和矢量旋翼动力组中的电机连接。

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