CN115195994A - 射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法，通过在操纵舵面主体上设置机械操纵组件和射流操纵组件，利用机械操纵组件与机翼安定面转动连接，以实现飞行器的机械操纵舵面控制，利用设置于操纵舵面主体内的射流操纵组件，以实现飞行器的射流操纵舵面控制，进而基于对机械操纵舵面和射流操纵舵面的控制，能够为飞行器提供包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式等三种控制模式，使飞行器同时具备高亚声速和超音速范围内控制能力和控制效率较高的优点，也能克服其在低速范围和大迎角条件下控制效率较低和控制能力不足的缺点，提高作战飞行的飞行包线，机动性和敏捷性。

Description

射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，尤其涉及到一种射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法。

背景技术

现有飞行器大多采用传统机械操纵舵面改变飞行器的气动力和力矩进行飞行姿态控制，这种操纵舵面方式具有高速飞行条件下控制能力强、控制线性好等等优点，仍然作为飞行姿态控制的主要部件，但这种控制方式受速压和舵面饱和控制的限制，存在低速时控制效率低和控制能力不足的问题，大迎角范围控制失效等问题，限制了飞机的飞行包线，降低了安全性。

射流环量控制技术通过驱动压缩空气射流驱动压缩空气沿柯恩达表面切向喷出，柯恩达效应使射流附着偏转改变翼型后缘库塔条件，诱导气流偏转，裹挟外界流体加速，翼型尾缘分离点和前缘驻点位置发生变化，改变机翼表面局部压力分布，获得飞行控制所需的操控力和力矩，是一种新型气动控制技术。射流环量控制技术作为典型的主动流动控制技术，通过提高射流能量密度，具有低速控制能力强、控制效率高，大迎角条件下仍然有效的优点。但是射流环量控制技术及其支持系统成熟度不高，且在高亚声速条件下控制效率较低，超声速条件下控制失效等问题，无法满足宽速域控制要求。

因此，如何提供一种可以同时满足宽速域范围和大迎角条件下较高的飞行操纵力矩控制能力和控制效率的舵面，是一个亟需解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法，旨在解决目前操纵舵面无法同时满足宽速域范围和大迎角条件下较高的飞行操纵力矩控制能力和控制效率要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种射流增强型复合式操纵舵面，包括：

操纵舵面主体，所述操纵舵面主体包括相对设置的连接端面和射流操纵端面，所述操纵舵面主体内部设有射流入口导向至所述连接端面、射流出口导向至所述射流操纵端面的射流通道；其中，所述射流操纵端面设置为柯恩达型面；

机械操纵组件，所述机械操纵组件包括相互转动连接的第一转动件和第二转动件，所述第一转动件与所述操纵舵面主体连接，所述第二转动件与机翼安定面连接；

射流操纵组件，所述射流操纵组件包括相互连接的射流供气件和射流导向件，所述射流导向件将所述射流供气件生成的压缩空气导流至所述射流通道，以使所述压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面切向喷出。

可选的，所述射流通道包括第一射流通道和第二射流通道；其中：

所述第一射流通道和所述第二射流通道内的压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面切向喷出时，控制所述操纵舵面主体沿不同方向转动；

所述第一射流通道与所述第二射流通道配置为射流入口轴线平行，且两条所述射流入口轴线所在的平面与操纵舵面主体的转动轴线垂直。

可选的，所述操纵舵面主体内部还设有转接管路；其中：

所述转接管路连接射流通道，所述转接管路的管壁开设有导向件开口；

所述射流导向件设置于所述导向件开口内，用于将射流供气件生成的压缩空气经转接管路导流至射流通道。

可选的，所述射流导向件为三通管路，所述三通管路包括射流导向管路和射流连接管路；其中：

所述射流连接管路在导向件开口内与所述转接管路同轴转动连接，所述射流连接管路的两端分别连接转接管路；

所述射流导向管路的第一端连接所述射流供气件的射流输出端，所述射流导向管路的第二端穿过所述连接端面，并固定连接于所述射流连接管路。

可选的，所述射流连接管路与所述转接管路采用齿形滑环密封连接。

可选的，所述第一转动件为舵面连接头，所述第二转动件为悬挂接头；其中：

所述舵面连接头的第一端固定于所述操纵舵面主体内部，所述舵面连接头的第二端设置为第一转动连接件；

所述悬挂接头的第一端固定于所述机翼安定面，所述悬挂接头的第二端设置为第二转动连接件。

可选的，所述第一转动连接件与所述第二转动连接件配合实现所述操纵舵面主体的第一转动控制，所述射流连接管路与所述转接管路配合实现所述操纵舵面主体的第二转动控制；其中，所述第一转动控制与所述第二转动控制为同轴转动控制。

可选的，所述射流供气件采用供气控制装置，所述供气控制装置固定于所述机翼安定面。

可选的，所述转接管路的两端分别设置有射流控制传感器；其中，所述射流控制传感器包括温度传感器和压力传感器。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种飞行器，所述飞行器安设有如上所述的射流增强型复合式操纵舵面。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种飞行器控制方法，其特征在于，用于如上所述的飞行器，所述方法包括如下步骤：

获取当前飞行器的飞行速度；

调用飞行速度与飞行器控制模式的预设映射关系表，为所述飞行器匹配当前处于的飞行器控制模式；

根据所述飞行器控制模式，控制飞行器的操纵舵面主体执行转动任务；

其中，所述飞行器控制模式包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式；

当所述飞行器处于机械操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于射流舵面控制模式时，驱动射流操纵组件控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于复合操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件和射流操纵组件共同控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态。

本发明提出了一种射流增强型复合式操纵舵面、飞行器及飞行器控制方法，通过在操纵舵面主体上设置机械操纵组件和射流操纵组件，利用机械操纵组件与机翼安定面转动连接，以实现飞行器的机械操纵舵面控制，利用设置于操纵舵面主体内的射流操纵组件，以实现飞行器的射流操纵舵面控制，进而基于对机械操纵舵面和射流操纵舵面的控制，能够为飞行器提供包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式等三种控制模式，能够同时具备高亚声速和超音速范围内控制能力和控制效率较高的优点，也能克服其在低速范围和大迎角条件下控制效率较低和控制能力不足的缺点，提高作战飞行的飞行包线，机动性和敏捷性。

附图说明

图1为本发明射流增强型复合式操纵舵面的安装示意图；

图2为本发明射流增强型复合式操纵舵面的组成示意图；

图3为本发明射流增强型复合式操纵舵面的结构示意图；

图4为本发明射流增强型复合式操纵舵面内部射流通道的示意图；

图5为本发明射流增强型复合式操纵舵面内部双射流通道的共用面示意图；

图6为本发明射流增强型复合式操纵舵面中悬挂接头与三通管路的示意图；

图7为本发明射流增强型复合式操纵舵面中三通管路与转接管路的连接示意图；

图8为本发明飞行器控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

1-机翼安定面；2-操纵舵面主体；3-主体转轴；4-供气控制装置；5-第一气源入口；6-第二气源入口；7-第一悬挂接头；8-第二悬挂接头；9-第一舵面连接头；10-第二舵面连接头；11-柯恩达型面；21-第一三通管路；22-第二三通管路；23-第一射流通道；24-第二射流通道；25-射流控制传感器；30-齿形滑环；32-三通管路转轴；33-转接管路；34-第一三通管路出口；35-第二三通管路出口；36三通管路入口。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。

下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。

现有飞行器大多采用传统机械操纵舵面改变飞行器的气动力和力矩进行飞行姿态控制，这种操纵舵面方式具有高速飞行条件下控制能力强、控制线性好等等优点，仍然作为飞行姿态控制的主要部件，但这种控制方式受速压和舵面饱和控制的限制，存在低速时控制效率低和控制能力不足的问题，大迎角范围控制失效等问题，限制了飞机的飞行包线，降低了安全性。

射流环量控制技术通过驱动压缩空气射流驱动压缩空气沿柯恩达表面切向喷出，柯恩达效应使射流附着偏转改变翼型后缘库塔条件，诱导气流偏转，裹挟外界流体加速，翼型尾缘分离点和前缘驻点位置发生变化，改变机翼表面局部压力分布，获得飞行控制所需的操控力和力矩，是一种新型气动控制技术。射流环量控制技术作为典型的主动流动控制技术，通过提高射流能量密度，具有低速控制能力强、控制效率高，大迎角条件下仍然有效的优点。但是射流环量控制技术及其支持系统成熟度不高，且在高亚声速条件下控制效率较低，超声速条件下控制失效等问题，无法满足宽速域控制要求。

因此，如何提供一种可以同时满足宽速域范围和大迎角条件下较高的飞行操纵力矩控制能力和控制效率的舵面，是一个亟需解决的技术问题。

为了解决这一问题，提出本发明的射流增强型复合式操纵舵面的各个实施例。本发明提供的射流增强型复合式操纵舵面通过在操纵舵面主体上设置机械操纵组件和射流操纵组件，利用机械操纵组件与机翼安定面转动连接，以实现飞行器的机械操纵舵面控制，利用设置于操纵舵面主体内的射流操纵组件，以实现飞行器的射流操纵舵面控制，进而基于对机械操纵舵面和射流操纵舵面的控制，能够为飞行器提供包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式等三种控制模式，能够同时具备高亚声速和超音速范围内控制能力和控制效率较高的优点，也能克服其在低速范围和大迎角条件下控制效率较低和控制能力不足的缺点，提高作战飞行的飞行包线，机动性和敏捷性。

参照图1-图8，图1-图8为本发明实施例方案涉及的射流增强型复合式操纵舵面的示意图。

本实施例提供一种射流增强型复合式操纵舵面，所述射流增强型复合式操纵舵面包括操纵舵面主体2、机械操纵组件和射流操纵组件。

需要说明的是，操纵舵面主体2包括相对设置的连接端面和射流操纵端面，所述操纵舵面主体2内部设有射流入口导向至所述连接端面、射流出口导向至所述射流操纵端面的射流通道；其中，所述射流操纵端面设置为柯恩达型面。

容易理解的，所述连接端面为操纵舵面主体2与机翼安定面1连接的端面，所述射流操纵端面为射流通道的射流出口指向的端面，射流通道内的压缩空气通过射流出口在设置为柯恩达型面的射流操纵端面喷出，实现对操纵舵面主体的转动控制。

在具体应用中，机械操纵组件包括相互转动连接的第一转动件和第二转动件，所述第一转动件与所述操纵舵面主体2连接，所述第二转动件与机翼安定面1连接；射流操纵组件包括相互连接的射流供气件和射流导向件，所述射流导向件将所述射流供气件生成的压缩空气导流至所述射流通道，以使所述压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面11切向喷出。

在本实施例中，操纵舵面主体设置有第一气源入口5和第二气源入口6，通过第一气源入口5和第二气源入口6将射流供气件生成的压缩空气导流至射流通道。

以此，在操纵舵面主体2上设置与机翼安定面1连接的机械操纵组件，以实现飞行器的机械操纵舵面控制；在操纵舵面主体2内设置射流操纵组件，以实现飞行器的射流操纵舵面控制；并根据对飞行器的机械操纵舵面和射流操纵舵面的控制，为飞行器提供包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式等灵活的飞行操纵控制模式。

在本实施例中，射流通道包括第一射流通道23和第二射流通道24，第一射流通道23对应操纵舵面主体2设置的第一气源入口5，第二射流通道24对应操纵舵面主体2设置的第二气源入口6。

其中，所述第一射流通道23和所述第二射流通道24内的压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面11切向喷出时，控制所述操纵舵面主体2沿不同方向转动，以此控制飞行器向两种不同的飞行姿态趋势调整，实现增强型的射流操纵舵面；

所述第一射流通道23与所述第二射流通道24配置为射流入口轴线平行，且两条所述射流入口轴线所在的平面与操纵舵面主体2的转动轴线垂直。

具体而言，在操纵舵面主体2内部还设有分别对应第一射流通道23和第二射流通道24的两个转接管路33。

其中，所述转接管路33连接对应的第一射流通道23和第二射流通道24，所述转接管路33的管壁开设有导向件开口，所述射流导向件设置于所述导向件开口内，用于将射流供气件生成的压缩空气经转接管路33导流至第一射流通道23和第二射流通道24。

在此基础上，射流导向件为三通管路，所述三通管路包括射流导向管路和射流连接管路。

射流导向件可设置为两个，在本实施例中，射流导向件包括与第一射流通道23连接的第一三通管路21和与第二射流通道24连接的第二三通管路22。

其中，所述射流连接管路在导向件开口内与所述转接管路33同轴转动连接，所述射流连接管路的两端，即第一三通管路出口34和第二三通管路出口35，分别连接转接管路33；所述射流导向管路的第一端，即三通管路入口36，连接所述射流供气件的射流输出端，所述射流导向管路的第二端穿过所述操纵舵面主体2的连接端面，并固定连接于所述射流连接管路。

进一步的，所述射流供气件采用供气控制装置4，所述供气控制装置4固定于所述机翼安定面1。

在本实施例中，通过供气控制装置4向射流导向件供气，以满足射流舵面控制模式中对压缩气体压力的要求。

进一步的，所述转接管路的两端分别设置有射流控制传感器25；其中，所述射流控制传感器25包括温度传感器和压力传感器。

在本实施例中，通过在射流通道内设置射流控制传感器，能够实现对射流通道内的温度和压力监测，以此监测当前飞行器在射流舵面控制模式下对射流舵面的控制状态。

在优选的实施例中，射流连接管路与所述转接管路33采用齿形滑环30密封连接。

在本实施例中，通过在射流连接管路与转接管路33之间实用齿形滑环密封连接，使得在射流操纵组件执行射流舵面控制时操纵舵面主体可利用齿形滑环进行转动，以此同时实现射流舵面控制和机械舵面控制，即复合操纵舵面控制。

在另一实施例中，第一转动件为舵面连接头，所述第二转动件为悬挂接头。通过舵面连接头和悬挂接头的转动连接，实现操纵舵面主体与机翼安定面1的转动连接控制。

其中，所述舵面连接头的第一端固定于所述操纵舵面主体内部，所述舵面连接头的第二端设置为第一转动连接件；所述悬挂接头的第一端固定于所述机翼安定面1，所述悬挂接头的第二端设置为第二转动连接件。

第一转动件可设置为两个或多个，在本实施例中，第一转动件包括第一舵面连接头9和第二舵面连接头10。

第二转动件可设置为两个或多个，在本实施例中，第二转动件包括第一悬挂接头7和第二悬挂接头8。

基于上述设置，所述第一转动连接件与所述第二转动连接件配合实现所述操纵舵面主体2的第一转动控制，该第一转动控制绕主体转轴3转动，所述射流连接管路与所述转接管路33配合实现所述操纵舵面主体2的第二转动控制，该第二转动控制绕三通管路转轴32转动；其中，所述第一转动控制与所述第二转动控制为同轴转动控制。

本实施例中，提供一种射流增强型复合式操纵舵面，通过将传统机械操纵舵面设计与射流环量控制单元设计进行融合，将传统机械操纵舵面偏转力矩控制能力和射流环量控制舵面力矩控制能力在同一块舵面上进行叠加，形成射流增强型复合式操纵舵面，显著增强低亚声速机械舵面力矩控制能力，并在跨声速甚至超声速飞行阶段具有较强的力矩控制能力，提升宽速域范围和大迎角范围的力矩控制能力。

为了便于理解，本实施例还提供一种飞行器及飞行器控制方法。其中，所述飞行器采用如前述实施例记载的射流增强型复合式操纵舵面。

参照图8，本实施例提出一种飞行器控制方法，该方法包括如下步骤：

S100，获取当前飞行器的飞行速度；

S200，调用飞行速度与飞行器控制模式的预设映射关系表，为所述飞行器匹配当前处于的飞行器控制模式；

S300，根据所述飞行器控制模式，控制飞行器的操纵舵面主体执行转动任务。

在本实施例中，所述飞行器控制模式包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式。

具体而言：

当所述飞行器处于机械操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于射流舵面控制模式时，驱动射流操纵组件控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于复合操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件和射流操纵组件共同控制所述操纵舵面主体的转动，以控制飞行器的飞行姿态。

在本实施例中，提供了一种飞行器控制方法，该方法采用射流增强型复合式操纵舵面，并为飞行器提供三种控制模式：机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和符合操纵舵面模式。能提高飞行器的隐身性能，同时具备高亚声速和超音速范围内控制能力和控制效率较高的优点，也能克服其在低速范围和大迎角条件下控制效率较低和控制能力不足的缺点，提高作战飞行的飞行包线，机动性和敏捷性。

本发明飞行器控制方法的其他实施例或具体实现方式可参照上述各产品实施例，此处不再赘述。

以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，包括：

操纵舵面主体，所述操纵舵面主体包括相对设置的连接端面和射流操纵端面，所述操纵舵面主体内部设有射流入口导向至所述连接端面、射流出口导向至所述射流操纵端面的射流通道；其中，所述射流操纵端面设置为柯恩达型面(11)；

机械操纵组件，所述机械操纵组件包括相互转动连接的第一转动件和第二转动件，所述第一转动件与所述操纵舵面主体连接，所述第二转动件与机翼安定面(1)连接；

射流操纵组件，所述射流操纵组件包括相互连接的射流供气件和射流导向件，所述射流导向件将所述射流供气件生成的压缩空气导流至所述射流通道，以使所述压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面(11)切向喷出。

2.如权利要求1所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述射流通道包括第一射流通道(23)和第二射流通道(24)；其中：

所述第一射流通道(23)和所述第二射流通道(24)内的压缩空气在流经所述射流通道后沿所述柯恩达型面(11)切向喷出；

所述第一射流通道(23)与所述第二射流通道(24)的射流入口轴线平行，且两条所述射流入口轴线所在的平面与操纵舵面主体(2)的转动轴线垂直；

所述第一射流通道(23)与所述第二射流通道(24)共用中间壁面。

3.如权利要求1所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述操纵舵面主体内部还设有转接管路(33)；其中：

所述转接管路(33)连接射流通道，所述转接管路(33)的管壁开设有导向件开口；

所述射流导向件设置于所述导向件开口内，用于将射流供气件生成的压缩空气经转接管路(33)导流至射流通道。

4.如权利要求3所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述射流导向件为三通管路，所述三通管路包括射流导向管路和射流连接管路；其中：

所述射流连接管路在导向件开口内与所述转接管路(33)同轴转动连接，所述射流连接管路的两端分别连接转接管路(33)；

所述射流导向管路的第一端连接所述射流供气件的射流输出端，所述射流导向管路的第二端穿过所述连接端面，并固定连接于所述射流连接管路。

5.如权利要求4所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述射流连接管路与所述转接管路(33)采用齿形滑环(30)密封连接。

6.如权利要求4所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述第一转动件为舵面连接头，所述第二转动件为悬挂接头；其中：

所述舵面连接头的第一端固定于所述操纵舵面主体(2)内部，所述舵面连接头的第二端设置为第一转动连接件；

所述悬挂接头的第一端固定于所述机翼安定面(1)，所述悬挂接头的第二端设置为第二转动连接件。

7.如权利要求6所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述第一转动连接件与所述第二转动连接件配合实现所述操纵舵面主体的第一转动控制，所述射流连接管路与所述转接管路(33)配合实现所述操纵舵面主体(2)的第二转动控制；其中，所述第一转动控制与所述第二转动控制为同轴转动控制。

8.如权利要求3-7任意一项所述的射流增强型复合式操纵舵面，其特征在于，所述转接管路的两端分别设置有射流控制传感器25；其中，所述射流控制传感器25包括温度传感器和压力传感器。

9.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器安设有如权利要求1-8任意一项所述的射流增强型复合式操纵舵面。

10.一种飞行器控制方法，其特征在于，用于如权利要求9所述的飞行器，所述方法包括如下步骤：

获取当前飞行器的飞行速度；

调用飞行速度与飞行器控制模式的预设映射关系表，为所述飞行器匹配当前处于的飞行器控制模式；

根据所述飞行器控制模式，控制飞行器的操纵舵面主体执行转动任务；

其中，所述飞行器控制模式包括机械操纵舵面控制模式、射流舵面控制模式和复合操纵舵面控制模式；

当所述飞行器处于机械操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件控制所述操纵舵面主体(2)的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于射流舵面控制模式时，驱动射流操纵组件控制所述操纵舵面主体(2)的转动，以控制飞行器的飞行姿态；

当所述飞行器处于复合操纵舵面控制模式时，驱动机械操纵组件和射流操纵组件共同控制所述操纵舵面主体(2)的转动，以控制飞行器的飞行姿态。

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