The Vehicle Controlling Near the Screening Surface Using Thrust Vector Deflection of the Electric Motor with Gimbal Mounted Propeller
Loading...
Date
2017
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Magnolithe GmbH, Sankt Lorenzen
Abstract
EN: The controlled spatial motion of the combined vehicle near the screening surface is considered. A propeller motor in a gimbal mount forms control forces and moments. The gimbal mount scheme can be defined on a finite set of successive three independent turns with recurrence, which is represented by 96 variants. The constructive scheme of the gimbal mount of propeller electric motor is proposed, which provides control of combined vehicle in the three main modes: Lifting force (helicopter scheme); Traction mode (aircraft scheme); Lateral traction (course control). The rotative axis of the propeller is combined in coincidence with rotor axis of electric motor determining the first turning of the gimbal mount. The electric motor’s stator is located on the inner ring of the gimbal and its rotation axis determines the second finite turn. The turning axis of the outer race of the gimbal relatively the case of the combined vehicle defines the third finite turning movement. This constructive solving of the gimbal mount provides the combined control of thrust vector in wide range of finite turning angles. Basis of movable Cartesian coordinate system is coincides with the rotation axes intersection point. For the entered reference systems and the accepted sequence of finite independent turning movements matrixes of the forward and inverse transform of coordinates in the form of quaternion matrixes are formed. In the form of quaternion matrices, depending on the angle of the thrust vector and the arrangement of the gimbal mount, the driving forces and moments in the reference frame that is associated with the vehicle are determined.
UK: Розглянуто контрольований просторовий рух комбінованого транспортного засобу поблизу поверхні екранування. Двигун пропелера в карданній опорі формує керуючі сили і моменти. Схема кріплення карданного шарніра може бути визначена на кінцевому наборі послідовних трьох незалежних поворотів з повторенням, яка представлена 96 варіантами. Запропоновано конструктивну схему карданного кріплення електродвигуна, яка забезпечує управління комбінованим транспортним засобом в трьох основних режимах: підйомна сила (вертолітна схема); режим тяги (схема літака); бічна тяга (контроль курсу). Обертова вісь гвинта об'єднана з віссю ротора електродвигуна, що визначає перший поворот карданного кріплення. Статор електродвигуна розташований на внутрішньому кільці карданного валу, а його вісь обертання визначає другий кінцевий поворот. Вісь повороту зовнішнього кільця карданного валу даного транспортного засобу визначає третій кінцевий поворотний рух. Це конструктивне рішення карданного кріплення забезпечує комбіноване управління вектором тяги в широкому діапазоні кінцевих кутів повороту. Основа рухомої декартової системи координат збігається з точкою перетину осей обертання. Для введених систем відліку і прийнятої послідовності кінцевих незалежних поворотів формуються матриці прямого і зворотного перетворення координат у вигляді кватерніоних матриць. У формі кватерніоних матриць, в залежності від кута вектора тяги і розташування карданного кріплення, визначаються рушійні сили і моменти в системі відліку, які пов'язані з транспортним засобом.
RU: Рассмотрено контролируемое пространственное движение комбинированного транспортного средства вблизи поверхности экранирования. Двигатель пропеллера в карданной опоре формирует управляющие силы и моменты. Схема крепления карданного шарнира может быть определена на конечном наборе последовательных трех независимых поворотов с повторением, которая представлена 96 вариантами. Предложена конструктивная схема карданного крепления электродвигателя, которая обеспечивает управление комбинированным транспортным средством в трех основных режимах: подъемная сила (вертолетная схема); режим тяги (самолетная схема); боковая тяга (контроль курса). Вращающаяся ось винта объединена с осью ротора электродвигателя, определяющая первый поворот карданного крепления. Статор электродвигателя расположен на внутреннем кольце карданного вала, а его ось вращения определяет второй конечный поворот. Ось поворота наружного кольца карданного вала данного транспортного средства определяет третье конечное поворотное движение. Это конструктивное решение карданного крепления обеспечивает комбинированное управление вектором тяги в широком диапазоне конечных углов поворота. Основа подвижной декартовой системы координат совпадает с точкой пересечения осей вращения. Для введенных систем отсчета и принятой последовательности конечных независимых поворотов формируются матрицы прямого и обратного преобразования координат в виде кватернионных матриц. В форме кватернионных матриц, в зависимости от угла вектора тяги и расположения карданного крепления, определяются движущие силы и моменты в системе отсчета, которые связаны с транспортным средством.
UK: Розглянуто контрольований просторовий рух комбінованого транспортного засобу поблизу поверхні екранування. Двигун пропелера в карданній опорі формує керуючі сили і моменти. Схема кріплення карданного шарніра може бути визначена на кінцевому наборі послідовних трьох незалежних поворотів з повторенням, яка представлена 96 варіантами. Запропоновано конструктивну схему карданного кріплення електродвигуна, яка забезпечує управління комбінованим транспортним засобом в трьох основних режимах: підйомна сила (вертолітна схема); режим тяги (схема літака); бічна тяга (контроль курсу). Обертова вісь гвинта об'єднана з віссю ротора електродвигуна, що визначає перший поворот карданного кріплення. Статор електродвигуна розташований на внутрішньому кільці карданного валу, а його вісь обертання визначає другий кінцевий поворот. Вісь повороту зовнішнього кільця карданного валу даного транспортного засобу визначає третій кінцевий поворотний рух. Це конструктивне рішення карданного кріплення забезпечує комбіноване управління вектором тяги в широкому діапазоні кінцевих кутів повороту. Основа рухомої декартової системи координат збігається з точкою перетину осей обертання. Для введених систем відліку і прийнятої послідовності кінцевих незалежних поворотів формуються матриці прямого і зворотного перетворення координат у вигляді кватерніоних матриць. У формі кватерніоних матриць, в залежності від кута вектора тяги і розташування карданного кріплення, визначаються рушійні сили і моменти в системі відліку, які пов'язані з транспортним засобом.
RU: Рассмотрено контролируемое пространственное движение комбинированного транспортного средства вблизи поверхности экранирования. Двигатель пропеллера в карданной опоре формирует управляющие силы и моменты. Схема крепления карданного шарнира может быть определена на конечном наборе последовательных трех независимых поворотов с повторением, которая представлена 96 вариантами. Предложена конструктивная схема карданного крепления электродвигателя, которая обеспечивает управление комбинированным транспортным средством в трех основных режимах: подъемная сила (вертолетная схема); режим тяги (самолетная схема); боковая тяга (контроль курса). Вращающаяся ось винта объединена с осью ротора электродвигателя, определяющая первый поворот карданного крепления. Статор электродвигателя расположен на внутреннем кольце карданного вала, а его ось вращения определяет второй конечный поворот. Ось поворота наружного кольца карданного вала данного транспортного средства определяет третье конечное поворотное движение. Это конструктивное решение карданного крепления обеспечивает комбинированное управление вектором тяги в широком диапазоне конечных углов поворота. Основа подвижной декартовой системы координат совпадает с точкой пересечения осей вращения. Для введенных систем отсчета и принятой последовательности конечных независимых поворотов формируются матрицы прямого и обратного преобразования координат в виде кватернионных матриц. В форме кватернионных матриц, в зависимости от угла вектора тяги и расположения карданного крепления, определяются движущие силы и моменты в системе отсчета, которые связаны с транспортным средством.
Description
V. Artemchuk: ORCID 0000-0002-6056-5834
Keywords
gimbal system, rotational scheme, quaternionic matrices, Rodrigues-Hamilton parameters, components of control forces and moments, карданна система, схема обертання, кватерніонні матриці, параметри Родрігеса-Гамільтона, компоненти керуючих сил і моментів, карданная система, схема вращения, кватернионные матрицы, параметры Родригеса-Гамильтона, компоненты управляющих сил и моментов, КЕРС, КБЖД
Citation
Kravets, V. The Vehicle Controlling Near the Screening Surface using thrust Vector Deflection of the Electric Motor with Gimbal Mounted Propeller / V. Kravets, Vl. Kravets, V. Artemchuk // Mechanics, Materials Science & Engineering. – 2017. – Vol. 12. – 117–122. – doi: 10.2412/mmse.2.35.544.