CN115826626B - 海上救生空投飞行器速度控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能制造中的控制与调节领域,公开一种海上救生空投飞行器速度控制方法及系统。方法包括:在飞行器飞行攻角小于或等于第一攻角的范围约束内,根据侧向机动需求确定飞行器的最大侧滑角;根据最大侧滑角确定飞行器稳态飞行时的最大滚转通道舵偏角;以最大滚转通道舵偏角结合最大偏航通道舵偏角和最大俯仰通道舵偏角计算飞行器稳态飞行时最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角;根述最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角中的最大值、单片舵的满偏值和预留的余量确定附加舵偏角的最大值;根据附加舵偏角的最大值计算只产生阻力的各个单片舵在各个迭代时间所分别对应的附加舵偏角,并结合制导稳态飞行的舵偏角执行减速过程中的状态控制。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造中的控制与调节领域,尤其涉及一种海上救生空投飞行器速度控制方法及系统。
背景技术
我国海洋面积大,随着经济和科学技术的发展,海上事业的发展越来越有规模,但是海上工作受到外界条件的制约,施工设备以及工作人员的生命得不到高度保障,所以无论是在战争中还是平时,海上救生都是一项非常必要的工作。
各类救生技术发展迅速,本文通过一种正常式“X”字形尾舵布局的空投飞行器携带救生物品包,制导飞行至预计开舱点,把救生物品包投放出去并推出减速伞,救生物品包减速飞行落水,待救援人员凭借救生物品实施自救。如果开舱点较高,无控段较长,救生包不能准确达到目标点,即难以到达待救援人员附近。因此确定开舱点的基本要求就是保证救生包落在待救援人员附近,此时,就要求开舱点不能过高,具体值根据仿真试验得到,然而低的开舱点导致减速伞作用时间短,救生包减速有限,救生包高速落水将会损毁救生物质,并且对待救援人员的生命健康产生威胁,也就是救生包落水时保证安全速度,即对救生包被投放出去时的初速有严格的要求,即必须对携带救生包的飞行器速度进行控制,在开舱时达到期望的速度值。
一般地,通过提高飞行器的投放距离可以实现减速,不过,这种方法减速效果有限,不能达到期望的效果,并且导致飞行器的投放区间较小,不利于飞行器的灵活投放。
发明内容
本发明目的在于公开一种海上救生空投飞行器速度控制方法及系统,以在制导飞行舵偏角的基础上,附加只产生阻力效果的舵偏角,从而实现减速等有效的速度控制。
为达上述目的,本发明公开的海上救生空投飞行器速度控制方法包括:
步骤S1、分析飞行器的气动特性,确定升阻比最大时的第一攻角。
步骤S2、在飞行器飞行攻角小于或等于所述第一攻角的范围约束内,根据侧向机动需求确定飞行器的最大侧滑角。
步骤S3、根据所述最大侧滑角确定飞行器稳态飞行时的最大滚转通道舵偏角。
步骤S4、以所述最大滚转通道舵偏角结合最大偏航通道舵偏角和最大俯仰通道舵偏角计算飞行器稳态飞行时最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角。
步骤S5、根述最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角中的最大值、单片舵的满偏值和预留的余量确定附加舵偏角的最大值。
步骤S6、根据所述附加舵偏角的最大值计算只产生阻力的各个单片舵在各个迭代时间所分别对应的附加舵偏角,并结合制导稳态飞行的舵偏角执行减速过程中的状态控制。
为达上述目的,本发明还公开一种海上救生空投飞行器速度控制系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述相对应的方法。
综上,本发明原理简单、工程应用性强,能实现精确制导并达到速度控制的目的。
下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明实施例公开的海上救生空投飞行器速度控制方法流程示意图。
图2是本发明实施例方法在一具体场景中应用后减速效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种海上救生空投飞行器速度控制方法,主要原理是在制导飞行舵偏角的基础上,附加只产生阻力效果的舵偏角,增加飞行阻力,从而实现减速。
本实施例方法包括以下步骤:
第一步:完成飞行器的气动特性分析,按照公式(1)~(3)计算得到飞行器在不同马赫数下的升阻比,选取升阻比最大时的攻角作为最大飞行攻角;并根据飞行器的侧向机动需求及飞行环境,根据公式(4),选取最大侧滑角,一般取值范围为(-6°,6°)。
其中为机体系下某一马赫数和攻角时的阻力系数,为机体系下某一马赫数和攻角时的升力系数,为速度系下某一马赫数和攻角时的阻力系数,为速度系下某一马赫数和攻角时的升力系数,为马赫数,为攻角,为某一马赫数和攻角时升阻比,为某一马赫数和侧滑角时的侧向力,为侧滑角,为动压,为参考面积,为某一马赫数和侧滑角时侧向力系数对侧滑角的偏导数。
第二步:根据气动特性计算稳定飞行需求的三个通道舵的最大舵偏;
1、计算最大滚转舵偏角
2、计算最大偏航通道舵偏角
3、计算最大俯仰通道舵偏角
第三步:计算稳定飞行时最大通道舵偏角对应的单片舵。
值得说明的是,在本实施例中,步骤二计算的参数是步骤三中四个单片舵合力所形成的虚拟舵。此为本领域技术人员的公知常识,不做赘述。
第四步,在稳定飞行的基础上,计算额外只产生阻力效果的舵偏角,通过阻力作用达到使飞行器减速的效果。
2、分析四个单片舵每个舵面上的附加舵偏角特性:
其中,为参考长度(根据力矩系数计算力矩的参考长度,一般取飞行器的轴线长度),为阻力系数对滚转通道舵的偏导数,为升力系数对俯仰通道舵的偏导数,为侧向力系数对偏航通道舵的偏导数,为三个方向的控制力,为三个方向的控制力矩。
令附加的通道舵均为0,即公式(10)的左向均为0,得到:
第五步:实现速度控制
综上,本实施例方法的核心步骤如图1所示,具体包括:
步骤S1、分析飞行器的气动特性,确定升阻比最大时的第一攻角。
步骤S2、在飞行器飞行攻角小于或等于所述第一攻角的范围约束内,根据侧向机动需求确定飞行器的最大侧滑角。
步骤S3、根据所述最大侧滑角确定飞行器稳态飞行时的最大滚转通道舵偏角。
步骤S4、以所述最大滚转通道舵偏角结合最大偏航通道舵偏角和最大俯仰通道舵偏角计算飞行器稳态飞行时最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角。
步骤S5、根述最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角中的最大值、单片舵的满偏值和预留的余量确定附加舵偏角的最大值。
步骤S6、根据所述附加舵偏角的最大值计算只产生阻力的各个单片舵在各个迭代时间所分别对应的附加舵偏角,并结合制导稳态飞行的舵偏角执行减速过程中的状态控制。
藉此,本实施例原理简单,工程应用性强,首先根据公式(5-8)评估附加单片舵偏角可以达到最大值;然后根据附加单片舵偏角的关系式(11),同时确定附加单片舵的方向,得到附加单片舵偏角;最后根据公式(13)综合制导飞行的单片舵偏角,得到飞行中实际单片舵偏角值,从而实现精确制导并达到速度控制的目的。其中,基于本实施例所公开方法在一具体场景中的应用效果如图2所示。
实施例2
本实施例公开一种海上救生空投飞行器速度控制系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述实施例中相对应的方法。
同理,本实施例系统原理简单、工程应用性强,能实现精确制导并达到速度控制的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种海上救生空投飞行器速度控制方法,其特征在于,包括:
步骤S1、分析飞行器的气动特性,确定升阻比最大时的第一攻角;
步骤S2、在飞行器飞行攻角小于或等于所述第一攻角的范围约束内,根据侧向机动需求确定飞行器的最大侧滑角;
步骤S3、根据所述最大侧滑角确定飞行器稳态飞行时的最大滚转通道舵偏角;
步骤S4、以所述最大滚转通道舵偏角结合最大偏航通道舵偏角和最大俯仰通道舵偏角计算飞行器稳态飞行时最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角;
步骤S5、根据所述最大通道舵偏角所对应的各个单片舵偏角中的最大值、单片舵的满偏值和预留的余量确定附加舵偏角的最大值;
步骤S6、根据所述附加舵偏角的最大值计算只产生阻力的各个单片舵在各个迭代时间所分别对应的附加舵偏角,并结合制导稳态飞行的舵偏角执行减速过程中的状态控制。
8.一种海上救生空投飞行器速度控制系统,其特征在于,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时用以实现上述权利要求1至7任一所述的方法。
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