摘要：将涵道风扇作为一种充气设备，配置相应的控制电路，就可用来对中小型无人飞艇副气囊进行充气，以解决无人飞艇传统压力调节系统风机风量小和价格昂贵等需求矛盾。这种充气设备经多种无人飞艇型号实际应用，具有风量大、重量轻、体积小和价格便宜等优点。
关键词：无人飞艇; 涵道风扇; 充气设备; I/V转换电路
中图分类号：TN911.634文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)23013003
Application of Ducted Fan in Unmanned Airship Pressure Control System
PENG Ping, LI Wanming
(China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China)
Abstract： Configuring the corresponding control circuit for ducted fan to form a new inflatable device, which can be used to inflate the ballonet of small unmanned airship for solving problems of small flow and highcost of unmanned airship traditional pressure control system fan. This inflatable device verified by a variety of unmanned airship models, is characterized by large air volume, light weight, small size and lowcost etc.
Keywords： unmanned airship; ducted fan; inflatable device; I/V conversion circuit
收稿日期：201107120引言
工作高度较大或续航时间较长的无人飞艇［1］一般配置有气囊压力调节系统［2］，以便飞艇在爬升/下降或大气温度变化较大时，通过对副气囊的充/放气来调节气囊压力值，使气囊获得足够的刚度，保持正常的气动外形。
本文主要研究无人飞艇压力调节系统中的充气设备，经对多种风机进行技术数据比较，选择涵道风扇作为动力，配置相应的控制电路，可对无人飞艇副气囊进行自主充气，这种充气设备已用于多种无人飞艇，与其他种类风机相比，具有风量大，重量轻、体积小和成本低廉等优点。
1充气设备组成及控制原理
充气设备主要由涵道风扇、信号采样与控制电路［3］、转速调节电路和电子调速器组成。压力传感器将气囊压力数据以电流信号方式输出，通过I/V转换电路转变成电压信号传输给单片机，经单片机内程序进行比较判断，输出相关控制信号，转速调节电路接收单片机输出控制指令后输出PWM信号，通过电子调速器控制涵道风扇的工作，控制原理框图如图1所示。
图1涵道风扇控制原理框图2控制电路设计
2.1信号采样与控制
本文采用28脚封装的PIC16F876单片机［4］作为压力数据的采集控制中心。该芯片采用哈佛总线结构，在芯片内部将数据总线与指令总线分离，实现了指令执行的单字节化，单周期化，提高了CPU执行指令的速度，非常适合在控制领域应用，其引脚如图2所示。
PIC16F876单片机具有RA,RB和RC三个端口，可采用软件方式设定端口中各个引脚的输入和输出状态。
2.2I/V转换电路
选用输出为4～20 mA的差压传感器来采集飞艇气囊压力数据［5］，通过转换电路(见图3)将电流信号转换成0～5 V电压信号供单片机读取。
图2PIC16F876引脚简化图图3I/V信号转换电路图3采用RCV42作为I/V转换芯片［6］，电源U+和U-引脚端采用C1,C2钽电容滤波，避免由外部电路引入的增益和CMR误差。引脚CT、RCV COM和REF COM采取单点接地方式以免形成地线回路而引起I/V转换误差。C3可降低基准电压输入端的噪声电压。当I1接收到传感器传送的4～20 mA时，通过转换，使输出信号Uo为0～+5 V，供单片机进行采集。
2.3时钟振荡器电路
时钟振荡电路由反相器、偏置反馈电阻、石英晶体和两只电容器共同构成的一个自激多谐振荡器［7］。反相器是一只具有受控端的三态门，当执行睡眠指令时，该三态门输出端呈现高阻状态，令时钟电路停振，从而迫使单片机的绝大部分片内电路退出工作。其线路图如图4所示。
图4时钟振荡器线路电路在时钟振荡器线路电路中，C1,C2的电容越大越有利于振荡器的工作稳定，但会加大振荡器延时起振的时间，电容值越大，振荡器不容易起振，影响电路的稳定工作。
2.4转速调节电路
单片机输出的高电平信号通过电阻R1后驱动三极管T1的基极，三级管导通，继电器K1吸合，转速调节电路通过继电器触点采集电位器R2阻值，电位器阻值通过转速调节电路后转换成PWM脉冲信号，通过改变电位器R2的阻值大小来控制PWM脉宽变化，从而实现对涵道风机转速的控制。转速调节电路图如图5所示。
图5转速调节电路2.5电子调速器
电子调速器接收到从转速调节电路传输来的PWM脉冲信号后［89］，通过电流大小来实现对涵道风扇转速的调节。文中采用ASSAN ESN电子调速器，其具有如下功能：
(1) 10 kHz的超频PWM调制频率；
(2) 无刷电机启动时具有自动正传功能，通过调节程序来改变涵道风扇的转向；
(3) 设置高低电压保护功能，当电压高于设定值时，自动关断输出；当电压低于所设定值时，降低功率输出方式。
3软件设计
涵道风扇控制软件采用C语言开发［10］，经编译后以指令代码的形式直接写入程序存储器，在单片机初始加电时，复位系统投入工作，当延时时间一到，启动定时器工作。系统进行初始化操作后采集艇上差压传感器的数据，经单片机检验处理和A/D转换后，根据压力值进行逻辑判断，当采集到的数据大于程序设定值时，单片机输出低电平，当采集到的数据小于程序设定值时，单片机输出高电平，从而控制涵道风扇的工作。程序控制流程如图6所示。
4涵道风扇充气设备的应用
图7为涵道风扇用于无人飞艇的一个实例。该飞艇气囊总容积为325 m3，最大飞行高度为1 500 m，最大飞行速度为72 km/h。
图6程序控制流程图7涵道风扇在无人飞艇中的应用该飞艇飞行以来，涵道风扇充气设备工作稳定，没有发生任何故障现象，完全能满足飞艇副气囊充气使用要求。
5结论
涵道风扇充气设备经多种无人飞艇实际应用表明，该设备具有风量大、重量轻、体积小和成本低廉等特点，是一种可以信赖的中小型无人飞艇压力调节系统充气设备。如果选用功率更大的涵道风扇或采用多台并用，配置合适的控制电路，该充气设备在大型无人飞艇上的应用也将变为现实。
参考文献
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作者简介： 彭平男，1979年出生，贵州六盘水人，工程硕士，工程师。主要研究方向为特种飞行器电气设计。
李万明男，1956年出生，湖北宜昌人，研究员。主要研究方向为浮空飞行器总体设计和飞行试验。