CN110539880A - 一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面；步骤2：上偏最外侧的操纵面舵（4），延迟翼梢气流分离；步骤3：向下偏转操纵面舵（3），弥补最外侧操纵面舵（4）升力损失。本发明不增加气动布局设计方案迭代工作量、不增加结构重量、不增加飞控计算机负担，不增加设计制造成本，简单高效。

Description

一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法

所属技术领域

本发明涉及多操纵面飞翼无人机的操作方法，尤其涉及飞翼无人机的操作方法。

背景技术

为兼顾侦查巡航任务和高机动性能，高过载机动飞翼无人机一般采用弯度较小的翼型和小展弦比气动布局。但在迎角稍大时，带弯度的翼型后缘容易失速、小展弦比的翼梢也容易失速，两者叠加后，纵向力矩特性往往过早偏离线性和上扬，导致最大可用迎角被限制在较小的范围，从而限制了高过载机动能力和机动高度速度范围。

操纵面是无人机可以活动的部件，其主要作用是产生气动力和力矩增量，改变无人机的线加速度和角加速度，从而实现机动。公开的资料《无尾飞翼飞机多操纵面控制分配技术研究》、《考虑非线性影响的飞翼布局无人机多舵面分配方法研究》均对多操纵面组合分配进行了复杂的矩阵重构和算法研究，可以求解获得不同飞行阶段多种目标优化情况下的不同方法，若将这些算法装订在飞控计算机中进行实时求解，可以获得理论上的操纵面分配最优解，但其耗时过长，给飞控计算机带来负担，而且对于高过载机动等短时飞行阶段影响其优势的发挥或存在安全风险。目前国内没有公开的提高多操纵面飞翼无人机高过载对称机动能力的操纵方法。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提出一种简单高效的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，本发明利用操纵面位于翼面后缘、其偏转后改变整个翼面的流场的作用，达到优化全机力和力矩的大迎角气动特性；基于此通过事先分配舵面功能，根据操纵面所处位置差异和对气动力贡献差异，对翼梢操纵面的操纵方法进行优化，并将该简单的操纵方法事先装订于飞控计算机，从而改善大迎角时的纵向力矩特性、提高最大可用迎角、降低飞控计算机的计算周期、提高机动能力和拓展机动包线。

技术方案是一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，包括如下步骤：步骤1：获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面；步骤2：上偏最外侧的操纵面舵4，延迟翼梢气流分离；步骤3：向下偏转操纵面舵3，弥补最外侧操纵面舵4升力损失。

优选地，步骤1中，通过分析气流分离特性，获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面。

优选地，步骤1中，飞翼无人机为后掠翼布局，气流分离首先从翼梢开始，因此最外侧的操纵面舵4为最先发生气流分离的操纵面，同时，最外侧的操纵面舵4相对飞机重心的力臂最大，故其对俯仰力矩的影响最大。

优选地，步骤2中，将最外侧的操纵面舵4向上偏转一个角度。

优选地，最外侧的操纵面舵4向上偏转角度δ４的范围为5~10度。

优选地，步骤3中的操纵面舵3毗邻最外侧的操纵面舵4。

优选地，步骤3中，操纵面舵3向下的偏转角度的根据以下公式进行优化，

δ3≤Ｓ４×δ４/Ｓ3

δ3≤Ｓ４×δ４×L４/（Ｓ3×L3）。

.优选地，公式中Ｓ3代表操纵面舵3的面积；Ｓ４代表最外侧的操纵面舵4的面积；L3代表操纵面舵3面心距离重心的距离；L４代表最外侧的操纵面舵4面心距离重心的距离。

本发明的有益效果主要表现在：

提出一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，在不改变气动布局和结构设计方案的前提下，仅通过差动预置翼梢处的操纵面并优化其操纵方法，达到延缓力矩上扬、提高可用迎角、提高升力、提高过载机动能力的目的，该方法不增加气动布局设计方案迭代工作量、不增加结构重量、不增加飞控计算机负担，不增加设计制造成本，简单高效。

附图说明

下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明。

图1是典型的多操纵面飞翼无人机气动布局；

图2是多操纵面飞翼无人机操纵面偏转方法。

具体实施方式

一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，包括如下步骤：

1、获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面

典型的多操纵面飞翼无人机气动布局见图1，通过分析气流分离特性，获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面。飞翼无人机为后掠翼布局，气流分离首先从翼梢开始，因此最外侧的操纵面舵4即为最先发生气流分离的操纵面，同时，最外侧的操纵面舵4相对飞机重心的力臂最大，故其对俯仰力矩的影响最大。

２、上偏最外侧操纵面舵4，延迟翼梢气流分离

将最外侧的操纵面4上偏一个角度δ４，通常为5~10度。通过上偏最外侧的操纵面4，翼梢的局部迎角减小，从而延迟翼梢气流分离，延缓力矩上扬。

３、下偏内侧操纵面舵3，弥补最外侧的操纵面舵舵4升力损失

最外侧的操纵面4向上偏转后，对全机力产生一个负增量，降低了相同迎角下的升力系数，对提高过载能力不利，因此需要在力矩上扬特性不变的情况下增加升力系数。操纵面舵3更靠近机翼，其对纵向力矩的贡献小于舵4，因此向下偏转操纵面舵3合适，操纵面舵3偏转角度的确定采用式(１)进行优化，偏转操纵面舵3，可以达到增加升力系数但不改变延缓力矩特性上扬的趋势，从而实现提升高过载能力，见图2。

δ3≤Ｓ４×δ４/Ｓ3

δ3≤Ｓ４×δ４×L４/（Ｓ3×L3）

上式中：

Ｓ3代表舵３的面积；

Ｓ４代表舵４的面积；

L3代表舵３面心距离重心的距离；

L４代表舵４面心距离重心的距离。

实施例

以某飞翼无人机为例，通过最外侧的操纵面4上偏10°，操纵面舵3下偏-10°，将力矩上扬攻角从6°增加到7°，最大法向过载提高10%，从而提高了高过载机动能力。

Claims (8)

1.一种多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面；步骤2：上偏最外侧的操纵面舵（4），延迟翼梢气流分离；步骤3：向下偏转操纵面舵（3），弥补最外侧操纵面舵（4）升力损失。

2.如权利要求1所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：步骤1中，通过分析气流分离特性，获取最先发生气流分离的操纵面和对俯仰力矩影响最大的操纵面。

3.如权利要求2所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：步骤1中，飞翼无人机为后掠翼布局，气流分离首先从翼梢开始，因此最外侧的操纵面舵（4）为最先发生气流分离的操纵面，同时，最外侧的操纵面舵（4）相对飞机重心的力臂最大，故其对俯仰力矩的影响最大。

4.如权利要求1所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：

步骤2中，将最外侧的操纵面舵（4）向上偏转一个角度δ４。

5.如权利要求4所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：最外侧的操纵面舵（4）向上偏转角度δ４的范围为5~10度。

6.如权利要求2所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：步骤3中的操纵面舵（3）毗邻最外侧的操纵面舵（4）。

7.如权利要求1所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：步骤3中，操纵面舵（3）向下的偏转角度的根据以下公式进行优化，

δ3≤Ｓ４×δ４/Ｓ3

δ3≤Ｓ４×δ４×L４/（Ｓ3×L3）。

8.如权利要求7所述的多操纵面飞翼无人机高过载对称机动操纵方法，其特征在于：公式（1）中Ｓ3代表操纵面舵（3）的面积；Ｓ４代表最外侧的操纵面舵（4）的面积；L3代表操纵面舵（3）面心距离重心的距离；L４代表最外侧的操纵面舵（4）面心距离重心的距离。