CN105691594A - 一种新的飞翼布局飞行器控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种新的飞翼布局飞行器的控制方法，属于飞行器控制领域，飞行器的机翼是可变形的复合材料制作而成，分别控制某一侧的整体机翼沿顺时针或逆时针方向扭转，使被扭转的机翼的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小，直至为零。实现上述方法的控制装置，包括动力装置，扭转结构，扭转结构固定在机翼内，动力装置驱动扭转结构扭转，扭转结构带动其所在一侧的机翼实现扭转。本发明控制姿态相对容易；机翼整体扭转对气流的扰动大于普通舵面对气流的扰动，使飞翼具有高机动性；能较大程度的提高飞翼升力的利用率，而且不破坏飞翼的俯仰稳定性；提升了飞翼的隐身性能。本发明开创一种新的飞翼布局飞行器的控制方法。方法简单，实现容易。

Description

一种新的飞翼布局飞行器控制方法及控制装置
技术领域
本发明属于航空飞行器控制领域，特别涉及一种应用于飞翼布局飞行器的控制方法及可实现该控制方法的控制装置。
背景技术
飞翼布局飞行器（下文简称为飞翼）问世以来，便以载荷大、航程远、隐身性能良好的优势而迅速发展，其代表作品为世界最昂贵飞行器B-2轰炸机。
飞翼布局飞行器的飞行品质不佳，其主要原因就在于飞翼布局飞行器无垂直安定面，横滚稳定性远大于航向稳定性；高端飞翼布局飞行器依靠舵面的偏转来调整飞翼的姿态，应用于隐形的飞翼布局飞行器时会使飞行器的外形偏离隐身设计的初始状态，同时，舵面的偏转带来的机体的导电不连续和曲率不连续也将造成飞翼的RCS（雷达反射截面）呈几何关系增加；而且，飞翼布局飞行器的机翼无法满足各种状态下的高效性能，例如，低速与高速、爬升与俯冲等等。如果上述问题能够得到解决，飞翼的生存能力能够极大的提高。
为此，航空科技工作者做了大量的技术论证和实践工作。
1.操纵性问题解决操纵性问题一般采用的是舵面，即通过飞控计算机控制舵面的偏转来控制飞翼的姿态。例如B-2轰炸机后缘呈双W型，有四对操纵舵面，综合了副翼、升降舵、方向舵、襟翼的功能。飞行员下达操纵指令传到飞控计算机，飞控计算机通过复杂的计算再向舵面发出偏转信号，业界称之为高度混控。飞行过程中，舵面的效率受多种因素的影响，其效果有限，所以复杂昂贵的飞控必不可少。舵面本身的控制包含多个操纵机构，飞行器的重量增加。同时，舵面的偏转会使飞行器隐身性等性能受影响。
2.隐身问题针对隐身问题，航空界提出了无舵面控制飞行姿态的构想。一种靠产生等离子体控制飞行器的方案实现了验证飞行。原理是靠局部释放等离子体影响机翼表面的空气流动，只要能够控制机翼上下压力的变化，就可以实现对飞行器的控制。这种方式也有相应的弊端。等离子体的产生会受到潮湿的飞行环境、降雨、以及机翼表面结冰的影响，遇到极端或恶劣的天气时，其操控性能大受影响。
3.机翼效率问题自复合材料问世以来，就有人提出了气动弹性裁剪技术。气动弹性裁剪就是利用复合材料料在不同的飞行状态下，其外形会发生变化的特点，将复合材料的机翼设计成特定飞行条件下，机翼受载变形过后达到更有利于飞行的气动状态。上述技术理论可行，但其对复合材料的要求太高。且这两项技术相对复杂，目前在国内的应用还是空白，不满足复合材料低成本的设计要求。
4.俯仰稳定性问题现在解决飞翼俯仰稳定性最流行的方法就是翼尖负扭转。现有技术中，飞翼布局飞行器的重心设计在升力中心之前，而通过负扭转的翼尖来调整，则翼尖向下，飞行时产生负升力，平衡因重心靠前产生的低头力矩。但是，在水平飞行时，负扭转的翼尖持续产生负升力，导致升力损失，使飞翼的机翼的升力比传统机翼小。在作俯冲机动时，舵面和负扭转的翼尖的效果相反，造成舵量增大，机动时间延长，进而机动性降低。
发明内容
为解决现有技术中：飞翼布局飞行器采用舵面控制飞行器状态，使飞行器的隐身性能、机动性能受影响，固定形状的负扭转的翼尖在除上升阶段起作用，其它状态下均起反作用的技术问题，本发明提供了一种可解决因舵面偏转带来的隐身问题、满足飞翼布局飞行器各种飞行状态对机翼的要求，进而提高升力的利用率的新的飞翼布局飞行器的控制方法及能够实现该方法的控制装置。
一种新的飞翼布局飞行器的控制方法，机翼与融合机体连接处平滑过渡，其特征在于：飞行器的机翼是可变形的复合材料制作而成，分别控制某一侧的整体机翼沿顺时针或逆时针方向扭转，使被扭转的机翼的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小，直至为零，机翼从翼梢到翼根的扭转角度度满足各型号飞翼的控制要求，即机翼翼梢处攻角的绝对值最大，向内逐渐减小为零。
一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，包括动力装置，扭转结构，扭转结构固定在机翼内，动力装置驱动扭转结构扭转，扭转结构带动其所在一侧的机翼实现扭转。
本发明采用两侧机翼分别整体扭转的方式控制飞行器的飞行状态，扭转机翼的攻角绝对值沿翼展向内连续减小，升力不会随扭转角的微小变化而剧烈改变，控制姿态相对容易；机翼整体扭转对气流的扰动大于普通舵面对气流的扰动，能解决飞翼布局飞行器处于大攻角机动时，舵面控制效率低的问题，使飞翼具有高机动性；根据不同的飞行状态或机动要求调整飞翼翼尖扭转角的大小能较大程度的提高飞翼升力的利用率，而且不破坏飞翼的俯仰稳定性；飞翼的无舵面控制提升了飞翼的隐身性能。本发明开创一种新的飞翼布局飞行器的控制方法。方法简单，实现容易。可极大的提高应用该控制方法的飞翼布局飞行器各项性能指标。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1为本发明新的飞翼布局飞行器控制装置结构示意图。
图2为本发明扭转结构3部分的放大示意图
图中所示：1-机翼、2-融合机体、3-扭转结构、4-翼尖初始位置所在的弦线、5-旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种新的飞翼布局飞行器的控制方法，机翼1与融合机体2连接处平滑过渡，其特征在于：飞行器的机翼1是可变形的复合材料制作而成，分别控制某一侧的整体机翼1沿顺时针或逆时针方向扭转，使被扭转的机翼1的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小，直至为零，机翼从翼梢到翼根的扭转角度度满足各型号飞翼的控制要求，即机翼1翼梢处攻角的绝对值最大，向内逐渐减小为零。
融合机体2是指，有机身时，机身与机翼1的融合体，无机身时，两侧机翼1的融合体。
飞翼水平飞行状态下，机翼弦线水平，此时即是本发明翼尖初始位置所在的弦线4位置，当机翼翼尖相对于翼尖初始位置所在的弦线4发生正或负扭转时（即攻角发生变化时），为控制某一侧机翼，进而控制飞行器状态的操作。
一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，包括动力装置，扭转结构3，扭转结构3固定在机翼1内，动力装置驱动扭转结构3扭转，扭转结构3带动其所在一侧的机翼1实现扭转。
作为进一步的改进，本发明还包括旋转轴5，旋转轴5的一端与动力装置相连，另一端延伸进入机翼1中且可相对于机翼1旋转；扭转结构3与旋转轴5交叉并固定在旋转轴5上，当动力装置带动旋转轴5转动，则旋转轴5带动扭转结构3转动，从而带动机翼1的扭转。扭转结构3与旋转轴5交叉主要是为了将旋转轴5的旋转运动转化为扭转结构3带动机翼1的扭转角度的变化。
为实现多点控制，所述的扭转结构3为多组，分别固定在机翼的不同部位，多组扭转结构3分别与旋转轴5连接，旋转轴5转动，旋转轴5带动多组扭转结构3实现不同角度旋转；不同位置的扭转结构带动机翼各处扭转，满足控制飞翼不同状态时的机翼各处的扭转角度的需求；翼梢处的扭转结构扭转角大，即被扭转的机翼（1）的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小。一根轴带动不同的扭转结构分别实现不同角度的扭转，其方法多种，如：旋转轴上对应扭转结构部位分别设计不同齿轮组、传导后即可实现。为充分利用旋转轴5的旋转力，减少扭转结构3在翼梢处的作用力距，所述的扭转结构3在其自身中部与旋转轴5连接。
为实现扭转结构3的转动，区别于前文的旋转轴的控制方式，另一种控制方式还包括固定轴，固定轴一端安装在机翼1内，另一端延伸并固定在融合机体2内；所述的扭转结构3套接在固定轴外，扭转结构3直接由动力装置带动绕固定轴旋转。
为实现多点控制，还可以包括多组动力装置与扭转结构3、通过控制对应的动力装置，各组扭转结构3的扭转角度不同，使被扭转的机翼1的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小。
为减小扭转力距，所述的扭转结构3在其自身中部套接在固定轴上。
为确保该控制方法的顺利进行，所述的被控制的可扭转机翼1采用复合材料一体成型技术，机翼1的可扭转角度满足所有飞行状态下最大扭转角度要求。
本发明的保护范围不仅限于具体实施方式部分所公开的技术方案，凡利用扭转整体机翼实现对飞行器姿态进行控制的方法及装置均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新的飞翼布局飞行器的控制方法，机翼（1）与融合机体（2）连接处平滑过渡，其特征在于：飞行器的机翼（1）是可变形的复合材料制作而成，分别控制某一侧的整体机翼（1）沿顺时针或逆时针方向扭转，使被扭转的机翼（1）的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小，直至为零，机翼从翼梢到翼根的扭转角度满足各型号飞翼的控制要求，即机翼（1）翼梢处攻角的绝对值最大，向内逐渐减小为零。
2.实现权利要求1所述的控制方法的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：包括动力装置，扭转结构（3），扭转结构（3）固定在机翼（1）内，动力装置驱动扭转结构（3）扭转，扭转结构（3）带动其所在一侧的机翼（1）实现扭转。
3.根据权利要求2所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：还包括旋转轴（5），旋转轴（5）的一端与动力装置相连，另一端延伸进入机翼（1）中且可相对于机翼（1）旋转；扭转结构（3）与旋转轴（5）交叉并固定在旋转轴（5）上，当动力装置驱动旋转轴（5）转动，则旋转轴（5）带动扭转结构（3）转动，从而带动机翼（1）的扭转。
4.根据权利要求3所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：所述的扭转结构（3）为多组，分别固定在机翼的不同部位，多组扭转结构（3）分别与旋转轴（5）连接，旋转轴（5）转动，旋转轴（5）带动多组扭转结构（3）实现不同角度旋转；不同位置的扭转结构带动机翼各处扭转，满足控制飞翼不同状态时的机翼各处的扭转角度的需求；翼梢处的扭转结构扭转角最大，被扭转的机翼（1）的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小。
5.根据权利要求3或4任一权利要求所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：所述的扭转结构（3）在其自身中部与旋转轴（5）连接。
6.根据权利要求2所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：包括固定轴，固定轴一端安装在机翼（1）内，另一端延伸并固定在融合机体（2）内；所述的扭转结构（3）套接在固定轴外，扭转结构（3）直接由动力装置驱动绕固定轴旋转。
7.根据权利要求6所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：为实现多点控制，还可以包括多组动力装置与扭转结构（3）、通过控制对应的动力装置，各组扭转结构（3）的扭转角度不同，使被扭转的机翼（1）的攻角的绝对值从翼梢向翼根连续减小。
8.根据权利要求6或7任一权利要求所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：所述的扭转结构（3）在其自身中部套接在固定轴上。
9.根据权利要求2、3、4、6、7任一权利要求所述的一种新的飞翼布局飞行器的控制装置，其特征在于：所述的被控制的可扭转机翼（1）采用复合材料一体成型技术，机翼（1）的可扭转角度满足所有飞行状态下最大扭转角度要求。
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