舒婧
【摘 要】本文分析了固定翼飞机和倾转旋翼飞行器在结构、成本、适合平台、应用前景等方面的不同点,指出四旋翼倾转旋翼机的特点和优势.介绍了制作四旋翼倾转旋翼飞行器模型的过程,重点对气动布局,主翼材料进行了设计研究,并对飞控系统的关键内容进行了分析与研究. 【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2019(000)011
【总页数】2页(P34-35)
【关键词】飞行器;倾转旋翼;固定翼飞机;飞行控制系统
【作 者】舒婧
【作者单位】中国民航大学,天津 300300组织培养瓶
出租车计价器传感器【正文语种】中 文
【中图分类】V275+.1;V249.1
1 项目简介
1.1 项目来源
自从人类发明了飞机，一百多年来各种先进的飞行器被设计、制造出来，应用于军事，交通，观光等各个领域，成为二十世纪最伟大的发明之一。通常把飞机按照外形分为两大类，固定翼飞机和直升机（旋翼飞行器）气动类型。固定翼飞机具有速度快，适应性好，造价高等特点，必须在一定长度的跑道上起降，而旋翼飞行器不需要跑道起降，可悬停，倒飞，但速度慢，适应性差，载荷小，造价低廉。
1.2 项目意义
倾转旋翼飞行器兼有常规直升机和固定翼飞机的特点，结合了固定翼飞机速度快的优点和直升机可垂直起降的优点，旋翼即动力装置，既能象直升机一样无机场起降，在空中转向，空中悬停，倒飞，又能象固定翼飞机快速前飞。
早在二十世纪五、六十年代，美国就率先对这种飞行器做出了研究。1986年，随着V-22“鱼鹰”载人飞行器的研制成功，以及航空技术的越发成熟，倾转旋翼无人飞行器的研究也被提上了日程。因而不论是在军用还是民用，其优势都是其他飞行器所无法比拟的。
2 制作过程
2.1 工作原理
倾转四旋翼机是一种尝试综合四旋翼飞行器垂直起降/悬停和固定翼飞行器高速巡航优点的未来飞行器。总体布局一般采用上单翼固定翼飞机的气动外形，加上旋翼支撑机构和发动机控制系统，起飞/降落时四个旋翼轴保持垂直，产生向上的升力使得飞行器能够克服重力，使飞行器平稳地起降；巡航时四个旋翼轴与机身轴平行，产生向前的拉力，机翼产生升力克服重力，使飞行器高速地飞行；过渡阶段，旋翼轴缓慢地倾转90°，同时各旋翼的旋速由控制算法给出以始终保持飞行器的姿态稳定，同时，飞行器的水平速度也在逐渐增加，使飞行器平稳地过渡。
我们制作的倾转四旋翼飞行器与现有技术的区别在于机身的两侧均设置有主翼。在飞行过烟雾净化
程中，由于有主翼产生升力，因此安装旋翼的连杆展长可以较小，从而保证了前翼、后翼及旋翼的牢靠程度，极大地抑制螺旋涡，减弱前方的旋翼产生的滑流，使得飞行器的操纵更加稳定。
2.2 选材及制作
我们采用塞斯纳的固定翼飞机作为倾转四旋翼机主体，机翼通常采用传统梁式结构，及蜂窝夹层结构翼面。包括四个电机、机身、外部倾转传动轴、两侧后掠翼、翼梢、垂直尾翼、水平尾翼。其特征在于：机身左右通过外部倾转传动轴对称安装第一电机和第二电机，通过舵机传动齿轮与碳纤维的传动轴连接在一起飞控系统控制外部倾转传动轴，机身后端安装水平尾翼和垂直尾翼。
我们采用的蒙皮为复合材料纤维铺层蒙皮，泡沫夹芯层闭孔硬质泡沫塑料材料。上蒙皮和下蒙皮为碳纤维，玻璃纤维材料及芳纶层合结构材料为铺层。
3 飞控选型
作为旋翼机的核心部件，飞控系统采用具有双处理器的PIXHAWK飞行控制器，结合 PX4F
MU/PX4IO改进而开发出的单块电路板版本，集成度高，成熟稳定，开发成本低。CPU是一个擅长于强大运算的32 bit STM32 F427Cortex M4核心处理器，STM32F103作为协处理器主要面向工业用途，具有14个舵机输出，集成ST公司小型L3GD20H 16 bi导航芯片，LSM303D 14 bit加速度/磁场芯片芯片以及MEAS公司MS5611气压芯片，具有强大的外部接口及全彩LED显示功能。
t型槽铣刀
4 软件设计
4.1 飞控板
软件同样包含飞控板和遥控板两部分，飞控板软件的设计主要包括无线数据的接收、自身姿态的实时计算、电机PID增量的计算和PWM的电机驱动，PPM-SUM和SBUS模式。遥控板主控制器软件通过ADC外设对摇杆数据进行采集，把采集到的数据通过2.4G无线通信模块发送至飞控板。
弹簧绳4.2 主要代码
遥控器选用乐迪AT9S遥控器 2.4G 10通道遥控，通过3DR数传模块飞控FPV无线电台链接
地面站。
5 测试结果
今年多次试飞，在载重10—400g的情况下，飞行留空时间20-30min。理想的参数如下：
PID输入:姿态角，角速度，单位：角度和度每秒；PID输出PWM 宽度：1000-2000，P:3.5,D:50, 控制周期 4ms，PWM 频率125hz。
6 结论
在第十二届珠海航展上，中国首架大中型无人倾转旋翼机彩虹-10首次亮相，说明在未来的航空领域，倾转旋翼机将扮演十分重要的角。它尤为适合在空间有限的平台上使用，因此在军事方面，倾转旋翼机的未来将会有更大的发展空间。
参考文献
【相关文献】
[1]韩丽敏(导师：龚华军).倾转旋翼机过渡段纵向控制技术研究[D].南京：南京航空航天大学,2011,1,1.
[2]常国权,戴国强.基于STM32的四轴飞行器飞控系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2015,2,1.
[3]桑海洋.用于风机桨叶检测的地空协同桨叶巡检系统设计与实现[J].仪器仪表用户,2017,6,8.
[4]张祖航,曹著明,薛翼飞.无人机APM-PIXHAWK飞控应用研究[J].职业,2017,10,1.
[5]刘浩林(导师：张晓晖;刘振宇).基于视觉的微小型固定翼UAV自主定点降落系统的研究[D].西安：西安理工大学,2018,6,30.
悬空板
