一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置及控制方法制造方法及图纸

公开一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，包括：飞翼布局飞行器前缘装有四段分布式等离子体激励器，四通道高压短脉冲等离子体电源位于飞翼布局飞行器内部，为等离子体激励器供电；每个等离子体激励器都包括绝缘介质层、上表面电极和下表面电极；控制器与陀螺仪电连接，通过控制两侧机翼的等离子体激励器的开闭，可以在大迎角飞行时提升飞机的上升力，防止飞机失速。还提供一种相应的方法，在飞行时及时调整飞行姿态，避免由于飞机舵面失效不能控制飞机姿态而导致事故情况的发生；在自动驾驶时通过陀螺仪对两侧等离子体激励器的实时控制，从而实时改变飞机的纵向力矩和横向力矩，抵消由于不稳定气流带来的飞机颠簸，增加飞机的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置及控制方法
本专利技术涉及等离子体气动激励的新概念主动流动控制技术，具体涉及在脉冲介质阻挡放电等离子体气动激励下，一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置及控制方法。
技术介绍
无尾飞翼气动布局具有增升、减阻、减重和减小雷达散射面积等优势。但是无尾布局的飞翼布局飞行器，取消了平尾和垂尾，没有常规布局的升降舵、方向舵等操纵舵面，使飞翼存在以下气动问题：一是最大升力系数较低；二是纵向稳定性较差，由于飞翼取消了平尾，随着攻角的增加，飞机的气动中心前移，容易产生抬头力矩；三是大攻角下操纵舵面的效率低，由于飞翼的操纵舵面面积较小，且力臂较短，加之大攻角时发生的流动分离，这些因素都降低了操纵效率；四是流动非对称问题，由于两侧机翼不是同时发生失速，容易造成飞机的滚转，对飞机的操纵性和安全性带来极大挑战。这就要求飞翼上各种操纵面和推力矢量等装置共同作用来产生所需的各种力和力矩，但相应地也增加了操纵的难度。而主动流动控制技术的发展为其提供了一种创新性的解决思路。目前主动流动控制的主要方法包括：吹/吸气、微射流、零质量射流、等离子体激励、以及智能材料等。等离子体激励器响应迅速、频带宽、结构简单，在飞行器的性能改善及主动控制等方面具有广阔的应用前景。目前，国际和国内对于等离子体激励用于提高飞翼气动性能上的研究上还比较初步，集中在毫秒脉冲等离子体激励方面，实验来流速度都较低；采用高压短脉冲(微秒级～纳秒级)驱动激励器可提高等离子体激励改善飞翼气动特性的能力。目前采用等离子体进行飞翼力矩控制专利不多，仅有的中航工业气动院申请的是控制横向稳定性，没有采用分布式的激励器布置方式，也没有针对纵向力矩控制。而公开的相关文献主要是的飞翼大迎角流动分离控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置及控制方法，采用分布式激励布局，解决纵向和横向的力矩控制问题。本专利技术的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，包括：飞翼布局飞行器1，飞翼布局飞行器1的前缘装有四段分布式等离子体激励器，分别为：右翼前部等离子体激励器2、右翼后部等离子体激励器4、左翼前部等离子体激励器3、左翼后部等离子体激励器5，左机翼和右机翼对称；四通道高压短脉冲等离子体电源6，其位于飞翼布局飞行器1内部，为四段分布式等离子体激励器供电，即具有四个输出同样的通道；四通道高压短脉冲等离子体电源6的正端与四段分布式等离子体激励器的上表面电极10电连接，负端与四段分布式等离子体激励器的地线端7电连接；并且在机翼沿与前缘垂直的方向取翼型剖面时，每个等离子体激励器都包括绝缘介质层11、上表面电极10和下表面电极12；其中绝缘介质层11，其顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸；上表面电极10，其嵌入绝缘介质层11的外表面，其位置大致处在紧邻前缘外边沿的上表面处，上表面电极10的形状贴合机翼的形状；上表面电极10与四通道高压短脉冲等离子体电源6正端电连接；下表面电极12，其嵌入绝缘介质层11的下表面，夹在绝缘介质层11与机翼之间，下表面电极12至少从上表面电极10最右端向下投影的位置开始，向右延伸到接近绝缘介质层11最右端；下表面电极12与四通道高压短脉冲等离子体电源的地线端7电连接；并且由上表面电极10、下表面电极12和绝缘介质层11形成的等离子体激励器整体为薄片，该薄片嵌入前缘，其外表面与机翼外表面齐平且连接顺滑，不会改变机翼的形状；其内表面与机翼紧密连接；上表面电极10、下表面电极12和绝缘介质层11紧密结合成一个整体；等离子体激励器与机翼外表面之间通过粘合方式结合；航姿系统9，其布置在飞翼布局飞行器1接近头部位置处，用于检测飞翼布局飞行器1的飞行姿态，输出电信号；飞控计算机8，其接收来自航姿系统9的电信号，据此判断飞行姿态，根据飞行姿态产生并发送控制信号，触发四通道高压短脉冲等离子体电源6工作，四通道高压短脉冲等离子体电源6驱动相应的等离子体激励器(2、3、4、5)放电，产生相应的流动控制效果，进而通过改变飞翼气动力分布产生控制力矩；飞控计算机8的位置根据飞机配重情况灵活放置。在本专利技术的一个实施例中，上表面电极10与下表面电极12分别通过磁控溅射或粘贴的方式嵌入到绝缘介质层上预留的槽中，从而与绝缘介质层11成为一个整体。在本专利技术的一个实施例中，上表面电极10与下表面电极12的宽度不相等，下表面电极12的宽度大于上表面电极10的宽度，上表面电极10与下表面电极12沿长度方向上平行。在本专利技术的另一个实施例中，下表面电极12左端有一部分与上表面电极10的向下投影重叠。在本专利技术的一个实施例中，，绝缘介质层11顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸1～3厘米；绝缘介质层11最厚处，即未嵌入上表面电极10、下表面电极12处的厚度范围为0.01～0.1mmmm；绝缘介质层11的宽度，即绝缘介质层11向机翼上表面或下表面延伸的长度，必须大于上表面电极10左端至下表面电极12右端之间的距离，绝缘介质层11的宽度在3～6cm范围内；上表面电极10和下表面电极12厚度为0.02～0.1mm；上表面电极10宽度为2～5mm；下表面电极12宽度为5～15mm；四通道高压短脉冲等离子体电源6的电压脉宽范围为0.5μs～500μs，电压峰值范围为6kV～20kV，高压脉冲频率范围为500～5000Hz。在本专利技术的一个具体实施例中，绝缘介质层11顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸1.5厘米；绝缘介质层11最厚处0.2mm；绝缘介质层11的宽度4cm；上表面电极10和下表面电极12为金属铜制成，厚度为0.02mm；上表面电极10宽度为3mm；下表面电极12宽度为10mm；绝缘介质层11的材料为类似聚四氟乙烯、J133环氧树脂涂层或Kapton胶带等相对介电常数在2～5范围内的绝缘材料制成。还提供一种飞翼布局飞行器气动力矩控制控制方法，采用高压短脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术，将等离子体激励器布置在飞翼布局飞行器1的翼面前缘0～2％弦长内，等离子体激励器设有绝缘介质层11，绝缘介质层11上装有上表面电极10和下表面电极12，上表面电极10和下表面电极12错开平行布置，在长度方向上可有部分重叠，上表面电极10裸露在空气中，下表面电极12被覆盖在绝缘介质层以下；上表面电极10和下表面电极12分别与四通道高压短脉冲等离子体电源6的正负端电连接，其中，四通道高压短脉冲等离子体电源6的正端接上表面电极10，四通道高压短脉冲等离子体电源6的地线端7接下表面电极12；当四通道高压短脉冲等离子体电源6输出周期性短脉冲高压电时，飞翼布局飞行器前缘的各个等离子体激励器(2、3、4、5)电离空气，形成等离子体，等离子体在电场的作用下运动，一方面瞬间放电向流场注入热能使局部空气瞬间被加热，瞬间热效应形成周期性的压力扰动，局部诱导周期性压缩波，通过翼面附面层内外流动掺混和翼面流动频率耦合的作用抑制流动分离，从而改变翼面气动力。在本专利技术的实施例中，，在飞翼布局飞行器1自动驾驶飞行时，易受阵风扰动，操纵舵面负载较大，操纵力不足，此时，通过等离子体激励器的分布式布置和选择性的开启，从而改变纵向和横向气动力矩；在飞翼布局飞行器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，包括：飞翼布局飞行器(1)，飞翼布局飞行器(1)的前缘装有四段分布式等离子体激励器，分别为：右翼前部等离子体激励器(2)、右翼后部等离子体激励器(4)、左翼前部等离子体激励器(3)、左翼后部等离子体激励器(5)，左机翼和右机翼对称；四通道高压短脉冲等离子体电源(6)，其位于飞翼布局飞行器(1)内部，为四段分布式等离子体激励器供电，即具有四个输出同样的通道；四通道高压短脉冲等离子体电源(6)的正端与四段分布式等离子体激励器的上表面电极(10)电连接，负端与四段分布式等离子体激励器的地线端(7)电连接；并且在机翼沿与前缘垂直的方向取翼型剖面时，每个等离子体激励器都包括绝缘介质层(11)、上表面电极(10)和下表面电极(12)；其中绝缘介质层(11)，其顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸；上表面电极(10)，其嵌入绝缘介质层(11)的外表面，其位置大致处在紧邻前缘外边沿的上表面处，上表面电极(10)的形状贴合机翼的形状；上表面电极(10)与四通道高压短脉冲等离子体电源(6)正端电连接；下表面电极(12)，其嵌入绝缘介质层(11)的下表面，夹在绝缘介质层(11)与机翼之间，下表面电极(12)至少从上表面电极(10)最右端向下投影的位置开始，向右延伸到接近绝缘介质层(11)最右端；下表面电极(12)与四通道高压短脉冲等离子体电源的地线端(7)电连接；并且由上表面电极(10)、下表面电极(12)和绝缘介质层(11)形成的等离子体激励器整体为薄片，该薄片嵌入前缘，其外表面与机翼外表面齐平且连接顺滑，不会改变机翼的形状；其内表面与机翼紧密连接；上表面电极(10)、下表面电极(12)和绝缘介质层(11)紧密结合成一个整体；等离子体激励器与机翼外表面之间通过粘合方式结合；航姿系统(9)，其布置在飞翼布局飞行器(1)接近头部位置处，用于检测飞翼布局飞行器(1)的飞行姿态，输出电信号；飞控计算机(8)，其接收来自航姿系统(9)的电信号，据此判断飞行姿态，根据飞行姿态产生并发送控制信号，触发四通道高压短脉冲等离子体电源(6)工作，四通道高压短脉冲等离子体电源(6)驱动相应的等离子体激励器(2、3、4、5)放电，产生相应的流动控制效果，进而通过改变飞翼气动力分布产生控制力矩；飞控计算机(8)的位置根据飞机配重情况灵活放置。...

【技术特征摘要】
1.一种飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，包括：飞翼布局飞行器(1)，飞翼布局飞行器(1)的前缘装有四段分布式等离子体激励器，分别为：右翼前部等离子体激励器(2)、右翼后部等离子体激励器(4)、左翼前部等离子体激励器(3)、左翼后部等离子体激励器(5)，左机翼和右机翼对称；四通道高压短脉冲等离子体电源(6)，其位于飞翼布局飞行器(1)内部，为四段分布式等离子体激励器供电，即具有四个输出同样的通道；四通道高压短脉冲等离子体电源(6)的正端与四段分布式等离子体激励器的上表面电极(10)电连接，负端与四段分布式等离子体激励器的地线端(7)电连接；并且在机翼沿与前缘垂直的方向取翼型剖面时，每个等离子体激励器都包括绝缘介质层(11)、上表面电极(10)和下表面电极(12)；其中绝缘介质层(11)，其顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸；上表面电极(10)，其嵌入绝缘介质层(11)的外表面，其位置大致处在紧邻前缘外边沿的上表面处，上表面电极(10)的形状贴合机翼的形状；上表面电极(10)与四通道高压短脉冲等离子体电源(6)正端电连接；下表面电极(12)，其嵌入绝缘介质层(11)的下表面，夹在绝缘介质层(11)与机翼之间，下表面电极(12)至少从上表面电极(10)最右端向下投影的位置开始，向右延伸到接近绝缘介质层(11)最右端；下表面电极(12)与四通道高压短脉冲等离子体电源的地线端(7)电连接；并且由上表面电极(10)、下表面电极(12)和绝缘介质层(11)形成的等离子体激励器整体为薄片，该薄片嵌入前缘，其外表面与机翼外表面齐平且连接顺滑，不会改变机翼的形状；其内表面与机翼紧密连接；上表面电极(10)、下表面电极(12)和绝缘介质层(11)紧密结合成一个整体；等离子体激励器与机翼外表面之间通过粘合方式结合；航姿系统(9)，其布置在飞翼布局飞行器(1)接近头部位置处，用于检测飞翼布局飞行器(1)的飞行姿态，输出电信号；飞控计算机(8)，其接收来自航姿系统(9)的电信号，据此判断飞行姿态，根据飞行姿态产生并发送控制信号，触发四通道高压短脉冲等离子体电源(6)工作，四通道高压短脉冲等离子体电源(6)驱动相应的等离子体激励器(2、3、4、5)放电，产生相应的流动控制效果，进而通过改变飞翼气动力分布产生控制力矩；飞控计算机(8)的位置根据飞机配重情况灵活放置。2.如权利要求1所述的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，其特征在于，上表面电极(10)与下表面电极(12)分别通过磁控溅射或粘贴的方式嵌入到绝缘介质层上预留的槽中，从而与绝缘介质层(11)成为一个整体。3.如权利要求1所述的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，其特征在于，上表面电极(10)与下表面电极(12)的宽度不相等，下表面电极(12)的宽度大于上表面电极(10)的宽度，上表面电极(10)与下表面电极(12)沿长度方向上平行。4.如权利要求1所述的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，其特征在于，下表面电极(12)左端有一部分与上表面电极(10)的向下投影重叠。5.如权利要求1所述的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，其特征在于，绝缘介质层(11)顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸1～3厘米；绝缘介质层(11)最厚处，即未嵌入上表面电极(10)、下表面电极(12)处的厚度范围为0.01～0.1mmmm；绝缘介质层(11)的宽度，即绝缘介质层(11)向机翼上表面或下表面延伸的长度，必须大于上表面电极(10)左端至下表面电极(12)右端之间的距离，绝缘介质层(11)的宽度在3～6cm范围内；上表面电极(10)和下表面电极(12)厚度为0.02～0.1mm；上表面电极(10)宽度为2～5mm；下表面电极(12)宽度为5～15mm；四通道高压短脉冲等离子体电源(6)的电压脉宽范围为0.5μs～500μs，电压峰值范围为6kV～20kV，高压脉冲频率范围为500～5000Hz。6.如权利要求5所述的飞翼布局飞行器气动力矩控制装置，其特征在于，绝缘介质层(11)顺着前缘的气动型面从前缘外面包裹住前缘，向机翼上下两侧延伸1.5厘米；绝缘介质层(11)最厚处0.2mm；绝缘介质层(11)的宽度4cm；上表面电极(10)和下表面电极(12)为金属铜制成，厚度为0.02mm；上表面电极(10)宽度为3mm；下表面电极(12)宽度为10mm；绝缘介质层(11)的材料为类似聚四氟乙烯、J133环氧树脂涂层或Kapton胶带等相对介电常数在2～5范围内的绝缘材料制成。7.一种飞翼布局飞行器气动力矩控制控制方法，采用高压短脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术，将等离子体激励器布置在飞翼布局飞行器(1)的翼面前缘0～2％弦长内，等离子体激励器设有绝缘介质层(11)，绝缘介质层(11)上装有上表面电极(10)和下表面电极(12)，上表面电极(10)和下表面电极(12)错开平行布置，在长度方向上可有部分重叠，上表面电极(10)裸露在空...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华，赵光银，吴云，魏彪，宋慧敏，贾敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61