CN102642622A - 一种飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空器设计领域，特别是涉及飞行控制领域。本发明通过在飞机机体结构中设计特殊的燃油回路，使燃油在这些回路中按照特定的方向和速度流动，以达到控制飞机运动的目的。该方法既能够独立在航空器中使用，也能与其它飞行控制方法共同使用。该方法克服了传统控制方法控制余度不足、战斗损伤及故障情况下飞机失控、燃油消耗率大等缺陷。

Description

一种飞行控制方法

技术领域

本发明涉及航空器设计领域，特别是涉及飞行控制领域。

背景技术

当前国内外对飞机的操纵都是由飞行员通过飞行控制系统操纵机械作动器，机械作动器驱动飞机气动面来实现的。当前航空器主要是通过姿态的变化来控制飞行轨迹，对于民机而言，则是全部采用了这样的形式。能够产生俯仰、滚转等飞机运动的气动面通过至少一个机械作动器被偏转，这些机械作动器一般是通过液压或者电动舵机驱动的。

出于飞行安全的考虑，机械作动器的动力装置一般需要备份。备份的动力装置必须保证在故障情况下，能够快速有效的替代故障的动力装置工作。但是，备份的液压和电动舵机也有可能会失效，而且，在飞机飞行中，气动面也有可能受到损伤，例如飞行中遭遇冰雹，鸟撞等不可预测事故。在这些情况下，飞机至少会失去部分气动面控制能力，使飞行员无法有效的操纵飞机。

在这种飞行员不再能够使用气动面操纵飞机的情况下，对于部分战斗机而言，飞行员可以选择使用发动机推力作为最后能够使用的方式去操纵飞机的运动，即通过矢量推力实现飞机的操纵；但是这对发动机技术来讲是一个挑战，而且发动机本身也有可能失效，这时飞行员将彻底失去控制飞机的能力。对于其它战斗机和全部民机而言，并不会采用推力矢量发动机，因此在气动面失效的情况下，飞行员便会彻底失去控制飞机的能力。

另一方面，考虑到经济效益，飞机生产商一直努力寻求最小的燃料消耗。但是通常来讲，通过操纵气动面实现飞机的操纵的同时，气动阻力增加，并且气动阻力的增加与气动面的偏转量成正比，而气动阻力增加最终导致油料消耗增大，航程缩短。

综上所述，现有的利用舵面控制飞机运动的方法有以下缺陷：

1、作动器故障情况下飞行员会失去部分或全部控制飞机的能力

2、遭遇冰雹、鸟撞或者战损情况下飞行员会失去部分或全部控制飞机的能力

3、燃油消耗率大

发明内容

本发明的目的：解决作动器和气动面在失效、故障、损伤情况下应用现有飞行控制方法飞行员无法有效操纵飞机的问题，使飞机在这些特殊情况下依然能够正常安全飞行，同时解决了现有飞行控制方法应用气动面进行飞机控制时气动阻力增加、油耗增加的问题。

本发明的技术方案：本方法采取以下步骤：

1)当飞机需要进行抬头操纵时，应使燃油回路1中的燃油按照方向3环形流动，流动速度越快，飞机抬头越快，流动速度越慢，飞机抬头越慢；

2)当飞机需要进行低头操纵时，应使燃油回路1中的燃油按照方向4环形流动，流动速度越快，飞机低头越快，流动速度越慢，飞机低头越慢；

3)当飞机需要进行右滚转操纵时，应使燃油回路7中的燃油按照方向5环形流动，流动速度越快，飞机右滚转越快，流动速度越慢，飞机右滚转越慢；

4)当飞机需要进行左滚转操纵时，应使燃油回路7中的燃油按照方向6环形流动，流动速度越快，飞机左滚转越快，流动速度越慢，飞机左滚转越慢。

机体内燃油回路还可以设计在机头、货仓等位置。

燃油回路中的液体还可以使用惰性油，水银。

本发明的优点是：第一、本发明为飞机飞行控制系统增加了一维余度，解决了传统控制面故障情或损伤、作动器故障情况下，飞机无法操纵的问题，保证飞机传统控制面故障和损伤、作动器故障情况下飞行员依然能够操控飞机，增强了飞机自身的生存能力，提高了飞机飞行的可靠性。第二、本发明涉及到的方法能够减小和克服飞机飞行过程中的阻力，让飞机在不偏气动面或者少偏气动面的情况下，依然能够获得需要的操纵力矩。解决了常规控制方法耗油大的问题，起到节省燃油增加航程的作用。

附图说明

图1是飞机抬头时的燃油回路流动示意图。

图2是飞机低头时的燃油回路流动示意图。

图3是飞机右滚转时的燃油回路流动示意图。

图4是飞机左滚转时的燃油回路流动示意图。

其中1是俯仰操纵的燃油回路，2是飞机机翼，3是要使飞机抬头需要的燃油流动方向，4是要使飞机抬头需要的燃油流动方向，5是要使飞机右滚转需要的燃油流动方向，6是要使飞机左滚转需要的燃油流动方向，7是滚转操纵的燃油回路，a、b、c是在机体上与1功能一致的其它燃油回路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

在飞机传统气动面或者作动器故障的情况下，应用本发明涉及的下述方法能够实现对飞机的俯仰和滚转操纵，具体原理说明如下：

俯仰通道抬头动作操纵原理如图1所示，在飞机机翼和机身油箱中设计若干平行于飞机对称面的燃油回路1，通过油泵使得燃油在这些“燃油回路1”内以一定的速度和方向3流动，即可实现飞机的正俯仰操纵。

飞机在配平状态飞行时，所受外力之和基本等于零，根据动量矩守恒原理可知，当这些燃油回路1内的燃油按照方向3流动时，飞机将获得抬头力矩，实现对飞机的抬头操纵。燃油流速越大，飞机抬头越快；

飞机在非配平状态飞行时，根据质点系动量矩定理，当燃油回路1内的燃油按照方向3流动时，将会对飞机除燃油回路1部分产生力的作用，在该力作用下，对飞机产生抬头力矩，在该力矩作用下，实现对飞机的抬头操纵。燃油流速越大，飞机抬头越快。

俯仰通道低头操纵原理如图2所示，操纵方法与抬头俯仰操纵类似，只是让燃油回路1中的燃油以方向4流动即可。

飞机在配平状态飞行时，所受外力之和基本等于零，根据动量矩守恒原理可知，当这些燃油回路1内的燃油按照方向4流动时，飞机将获得低头力矩，实现对飞机的低头操纵。燃油流速越大，飞机低头越快，燃油流速越慢，飞机低头越慢。

飞机在非配平状态飞行时，根据质点系动量矩定理，当燃油回路1内的燃油按照方向4流动时，将会对飞机除燃油回路1部分产生力的作用，在该力作用下，对飞机产生低头力矩，在该力矩作用下，实现对飞机的低头操纵。燃油流速越大，飞机低头越快，燃油流速越慢，飞机低头越慢。

滚转通道右滚转的操纵原理如图3所示，在飞机机翼和机身油箱中设计若干垂直于飞机对称面的“燃油回路7”，通过油泵使得燃油在这些“燃油回路7”内以一定的速度和方向5流动，即可实现飞机的右滚转操纵。

飞机在配平状态飞行时，所受外力之和基本等于零，此时应用根据动量矩守恒原理可知，当燃油回路7中的燃油按照方向5流动时，飞机将获得右滚转力矩，从而实现对飞机的右滚转操纵。燃油流速越快，右滚转越快，燃油流速越慢，右滚转越慢。

飞机在非配平状态飞行时，根据质点系动量矩定理，当燃油回路7中的燃油按照方向5流动时，将会对飞机除燃油回路7的部分产生力的作用，在该力作用下，飞机产生右滚转力矩，在该力矩作用下，飞机右滚转，从而实现对飞机的右滚转操纵。燃油流速越快，右滚转越快，燃油流速越慢，右滚转越慢。

滚转通道左滚转的操纵原理如图4所示，左滚转操纵方法与右滚转类似，只要让燃油回路7内的燃油按方向6流动即可。

飞机在配平状态飞行时，所受外力之和基本等于零，此时应用根据动量矩守恒原理可知，当燃油回路7中的燃油按照方向6流动时，飞机将获得左滚转力矩，从而实现对飞机的左滚转操纵。燃油流速越大，左滚转越快。

飞机在非配平状态飞行时，根据质点系动量矩定理，当燃油回路7中的燃油按照方向6流动时，将会对飞机除燃油回路7的部分产生力的作用，在该力作用下，飞机产生左滚转力矩，在该力矩作用下，飞机左滚转，从而实现对飞机的左滚转操纵。燃油流速越大，左滚转越快。

其中机体内燃油回路可以设计在机头、货仓等位置，燃油回路中的液体可以使用惰性油，水银。

本发明采取以下步骤：

1)当飞机需要进行抬头操纵时，根据所需抬头操纵量的大小，由飞控计算机解算需要的力矩大小和方向，然后根据该力矩大小确定“燃油回路1”燃油的流速，并通过专用泵使燃油回路1内的燃油按照方向3以及解算出的流速流动，达到抬头操纵的目的。

2)当飞机需要进行低头操纵时，根据所需低头操纵量的大小，由飞控计算机解算需要的力矩大小和方向，然后根据该力矩大小确定“燃油回路1”燃油的流速，并通过专用泵使燃油回路1内的燃油按照方向4以及解算出的流速流动，达到低头操纵的目的。

3)当飞机需要进行右滚转操纵时，根据所需右滚转操纵量的大小，由飞控计算机解算需要的力矩大小和方向，然后根据该力矩大小确定“燃油回路7”燃油的流速，并通过专用泵使燃油回路7内的燃油按照方向5以及解算出的流速流动，达到右滚转操纵的目的。

4)当飞机需要进行左滚转操纵时，根据所需左滚转操纵量的大小，由飞控计算机解算需要的力矩大小和方向，然后根据该力矩大小确定“燃油回路7”燃油的流速，并通过专用泵使燃油回路7内的燃油按照方向6以及解算出的流速流动，达到左滚转操纵的目的。

Claims (3)

1.本发明涉及一种飞行控制方法，其特征在于利用燃油环形流动来实现飞机俯仰和滚转操纵，所述方法采取以下步骤：

1)当飞机需要进行抬头操纵时，应使燃油回路1中的燃油按照方向3环形流动，流动速度越快，飞机抬头越快，流动速度越慢，飞机抬头越慢；

2)当飞机需要进行低头操纵时，应使燃油回路1中的燃油按照方向4环形流动，流动速度越快，飞机低头越快，流动速度越慢，飞机低头越慢；

3)当飞机需要进行右滚转操纵时，应使燃油回路7中的燃油按照方向5环形流动，流动速度越快，飞机右滚转越快，流动速度越慢，飞机右滚转越慢；

4)当飞机需要进行左滚转操纵时，应使燃油回路7中的燃油按照方向6环形流动，流动速度越快，飞机左滚转越快，流动速度越慢，飞机左滚转越慢。

2.根据权利要求1所述的飞行控制方法，其特征在于：机体内燃油回路可以设计在机头、货仓等位置。

3.根据权利要求1所述的飞行控制方法，其特征在于：燃油回路中的液体可以使用惰性油，水银。

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