本發(fā)明屬于一種飛行器實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用于慣性技術(shù)、導(dǎo)航、飛行器控制等實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

背景技術(shù)：

慣性技術(shù)在軍事、人民生活中有非常多的應(yīng)用，比如各類(lèi)飛行器的姿態(tài)控制、艦船姿態(tài)控制、潛水設(shè)備姿態(tài)控制、機(jī)器人的姿態(tài)控制，手機(jī)娛樂(lè)、醫(yī)療康復(fù)、導(dǎo)航等等都會(huì)大量用到慣性傳感器，慣性技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用有著廣泛的市場(chǎng)，我國(guó)很多大專(zhuān)院校開(kāi)設(shè)相關(guān)的課程。

目前小型飛行器主要利用電動(dòng)機(jī)或油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳，煽動(dòng)空氣，產(chǎn)生動(dòng)力；然后借助慣性傳感器進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、舵機(jī)、或螺旋槳的升角等來(lái)改變飛行器的受力情況，借以達(dá)到控制姿態(tài)的目的。飛行器控制教學(xué)核心內(nèi)容為慣性傳感器技術(shù)、姿態(tài)控制方法。固定翼飛行器需要較大的運(yùn)動(dòng)空間，旋翼機(jī)因?yàn)橛休^大的高速螺旋槳，其危險(xiǎn)性大，并且高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳有強(qiáng)噪音，這些因素使得飛行器類(lèi)的教學(xué)不適合在室內(nèi)進(jìn)行。本發(fā)明提供一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，使得飛行器不帶有高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力部件、沒(méi)有噪音，又能充分的體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，使得相關(guān)教學(xué)可以順利的在室內(nèi)進(jìn)行，提高教學(xué)課程趣味性，增強(qiáng)教學(xué)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

電磁動(dòng)力多軸飛行器，原理見(jiàn)附圖1：空間封閉線圈圖1中1部件，通過(guò)如圖所示的電流，根據(jù)安培定則，在線圈周?chē)鷮a(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向符合右手定則，根據(jù)電流方向，圖1中1部件將產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似磁鐵的電磁場(chǎng)，其極性向下。如果將此線圈至于磁場(chǎng)極性向上的磁場(chǎng)內(nèi)，根據(jù)同極相斥的原理，線圈將產(chǎn)生向上的排斥力。此排斥力的計(jì)算公式為：

f＝μ0niπrb

μ0：力因子，該參數(shù)與線圈的形狀有關(guān)系。

n：線圈匝數(shù)。

i：電流。

r：線圈半徑。

b：線圈所處位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

此排斥力與電流成正比，調(diào)節(jié)電流的大小，可以調(diào)節(jié)此力的大小。線圈排斥力與線圈重力構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)相互作用，通過(guò)調(diào)節(jié)線圈的電流可以實(shí)現(xiàn)線圈的運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)通過(guò)的電流較大時(shí)，產(chǎn)生的排斥力大于線圈自重，多余的排斥力可以用于負(fù)載其它的部件。

將多個(gè)線圈如圖1中，圖1中2部件，圖1中3部件，按照一定空間排列，并通過(guò)連接部件圖1中4部件，將線圈固定，構(gòu)成了一個(gè)多自由度的運(yùn)動(dòng)控制體。這個(gè)控制體上每一個(gè)線圈對(duì)應(yīng)一個(gè)控制自由度，將其置于空間磁場(chǎng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)線圈中的大小，每個(gè)線圈產(chǎn)生不同的力，使得運(yùn)動(dòng)體整體產(chǎn)生不平衡的力矩，以控制運(yùn)動(dòng)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此運(yùn)動(dòng)體在空間磁場(chǎng)中構(gòu)成了一個(gè)飛行器。

該種飛行器的主要特征為：

1.一種飛行器，采用通過(guò)電流的封閉線圈產(chǎn)生的磁力來(lái)控制飛行器運(yùn)動(dòng)，在一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)內(nèi)飛行。

2.由一個(gè)或多個(gè)線圈與連接部件構(gòu)成整體的多自由度飛行器，主要依靠線圈產(chǎn)生的磁力與磁場(chǎng)的相互作用力來(lái)控制飛行。

與現(xiàn)有的一些行器相比，該種飛行器具有以下特點(diǎn)：

1.只能在有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)內(nèi)飛行，故飛行器飛行空間有限，不易丟失，適合小范圍的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究、家庭娛樂(lè)應(yīng)用。

2.采用電磁力，沒(méi)有高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳作為動(dòng)力部件，安全性高，適合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。

3.沒(méi)有高頻噪音。

附圖說(shuō)明

圖1飛行器原理說(shuō)明

圖2具體實(shí)施例

圖3永磁鐵構(gòu)成的磁場(chǎng)空間

具體實(shí)施方式

一個(gè)具體實(shí)施例見(jiàn)圖2。采用4個(gè)動(dòng)力線圈(圖2中1部件)，對(duì)稱排列。有控制線路板(圖2中2部件)將四個(gè)線圈固定。

線路板上的各種集成電路(圖2中4部件)，完成如下功能：

1.運(yùn)動(dòng)測(cè)量：由慣導(dǎo)傳感器完成，測(cè)量飛行器的姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)速度，采用mpu6050傳感器。

2.姿態(tài)控制：由單片機(jī)完成，采用cc2530型單片機(jī)。

3.線圈電流控制：采用貼片型三極管s8050。

4.無(wú)線通訊：利用cc2530型單片機(jī)的射頻單元進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳送。

采用200mah的鋰電池為系統(tǒng)供電(圖2中3部件)。

磁場(chǎng)的構(gòu)建采用2x4x0.5cm的釹磁鐵，排列成30x50cm的平面，周?chē)媚猃埦W(wǎng)圍擋。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種電磁動(dòng)力多軸飛行器，采用通過(guò)電流的封閉線圈作為動(dòng)力，將多個(gè)線圈通過(guò)連接部件進(jìn)項(xiàng)固定，構(gòu)成多自由度控制飛行器，在一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)內(nèi)飛行。調(diào)節(jié)各個(gè)線圈內(nèi)的電流產(chǎn)生不大小的磁力，使得飛行器有不同的受力狀況，控制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：侯明;李擎;付興建;柏森;曹榮敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京信息科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.02
技術(shù)公布日：2017.08.04