基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法技术

本申请涉及一种基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法。所述方法将自主可控的合成双射流激励器应用于飞行器飞行控制领域，根据飞行器布局、飞行状态及控制需求的不同，合成双射流激励器布置在预设位置，压电振子在电源控制器的控制下反复压缩膨胀腔体，在出口形成周期性吹吸的合成双射流，利用合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，采用预设控制策略，达到控制飞行器姿态的目的。本方法中，飞行器在进行飞行控制时，无需操纵任何机械结构，避免了对其隐身及气动外形的破坏，减少了机械磨损，具有极高的应用价值；该方法适用于对飞行器常规舵面的替换，也可和常规舵面同时配合或分时搭配使用。可和常规舵面同时配合或分时搭配使用。可和常规舵面同时配合或分时搭配使用。

【技术实现步骤摘要】
基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法


[0001]本申请涉及飞行器控制
，特别是涉及一种基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法。

技术介绍

[0002]目前的飞行器大多依靠副翼、升降舵、方向舵、机械矢量喷管等机械结构产生改变飞行器姿态所需的气动力/力矩，实现飞行控制，但基于机械结构的飞行控制方法存在缺陷：一是机械结构作动系统(舵机、液压系统等)需要占用飞行器大量的空间及质量分配，限制了飞行器性能提升及轻量化设计；二是机械结构的布置往往需在机身表面设置鼓包、缝及复杂外观零件，为飞行器气动外形设计和隐身外形设计带来麻烦；三是机械结构产生力矩时往往需产生一定位移(如放宽静稳定性设计时的舵面高频振动)，会破坏飞行器精心设计的隐身外形，对飞行器隐身性能产生较大的影响，限制了飞行器执行特定任务的能力；四是机械结构往往笨重、复杂，维护难度大、耗时长，增加了飞行器的全寿命周期使用成本。随着飞行器使用的广泛和深入，采用机械结构作动产生控制力矩的飞行器姿态控制方式已不能完全满足飞行性能的需求，亟需发展一种不依赖机械结构作动的姿态控制方法，基于射流的主动流动控制技术极具应用潜力。
[0003]国内外针对射流飞控技术做了许多尝试，但目前的控制方案大多存在以下几个问题：一是有的方法从发动机引气作为流动控制的射流源，对发动机工作状态有明显的影响，削弱了发动机性能；二是有的方法通过自带高压气源，增加了系统重量，提高了管路布置复杂度，且存在气源续航、管路阀门泄露的隐忧；三是有的方法使用轴流风扇增压作为流动控制射流源，需要设计内部管路、流道，增加了系统重量，且频响特性稍弱，在控制效率及性能上存在一定的局限性；四是有的方法使用合成射流作为流动控制射流源，存在压载失效、能量利用效率低的问题，限制了其工程应用。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够克服传统机械结构方法及其他射流流动控制技术不足的基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法。
[0005]一种基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法，飞行器的飞行控制装置包括合成双射流激励器、电源控制器；所述飞行器无舵面飞行控制方法包括：
[0006]根据飞行器布局、飞行状态及控制需求，将所述合成双射流激励器按照预设排布方式布置在飞行器的预设位置上。
[0007]通过飞行控制系统或控制信号接收器给所述电源控制器发送控制指令，驱动电源控制器根据预先设置的控制率或操纵指令为合成双射流激励器提供相应的电控信号。
[0008]将所述电控信号发送至所述合成双射流激励器，使得合成双射流激励器的压电振子在逆压电效应的作用下，反复压缩膨胀腔体，在出口形成周期性吹吸的合成双射流。
[0009]根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分
布，实现飞行控制。
[0010]在其中一个实施例中，根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，实现飞行控制，包括：
[0011]当所述合成双射流激励器布置在飞行器的两侧机翼后缘时：
[0012]根据所述合成双射流，采用环量控制方式，通过在翼面后缘切向喷出高速脉冲射流，借助柯恩达效应使后缘分离点下移，改变翼面前、后缘驻点的位置，使翼面局部环量增加，形成较高的局部升、阻力。
[0013]在其中一个实施例中，根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，实现飞行控制，包括：
[0014]当所述合成双射流激励器布置在机翼、机身表面形成阵列时：
[0015]采用分离流控制、协同射流、逆向射流以及涡流控制，通过所述合成双射流的旋涡效应与飞行器多涡系流场相互耦合，重构飞行器表面压力场，进而改变飞行器三轴控制力/力矩，实现飞行控制。
[0016]在其中一个实施例中，根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，实现飞行控制，包括：
[0017]当所述合成双射流激励器布置在动力装置尾喷口时：
[0018]利用射流推力矢量方式，通过在尾喷口周围施加合成双射流，产生局部低压，在尾喷管特定截面形成不对称的压力分布，迫使尾流发生偏转，以形成特定的三轴控制力/力矩，实现飞行控制。
[0019]在其中一个实施例中，所述合成双射流激励器出口形状为圆形、矩形、三角形、五边形或者六边形。
[0020]在其中一个实施例中，所述合成双射流激励器的排布方式为横向方式、纵向方式、周向方式、同向倾斜方式或者异向倾斜方式；合成双射流激励器的流向、展向间距是根据预设需求进行自主调节的。
[0021]上述基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法，所述方法将自主可控的合成双射流激励器应用于飞行器飞行控制领域，根据飞行器布局、飞行状态及控制需求的不同，合成双射流激励器布置在预设位置，压电振子在电源控制器的控制下反复压缩膨胀腔体，在出口形成周期性吹吸的合成双射流，利用合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，达到控制飞行器姿态的目的。本方法中，飞行器在进行飞行控制时，无需操纵任何机械结构，避免了对其隐身及气动外形的破坏，减少了机械磨损，具有极高的应用价值；该方法适用于对飞行器常规舵面的替换，也可和常规舵面同时配合或分时搭配使用。
附图说明
[0022]图1为基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法应用的场景示意图；
[0023]图2为一个实施例中基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法的流程示意图；
[0024]图3为另一个实施例中合成双射流激励器出口设计示意图；
[0025]图4为另一个实施例中合成双射流激励器排布方式示意图，其中(a)为横向排布，
(b)纵向排布,(c)同向倾斜排布,(d)异向倾斜排布,(e)周向排布；
[0026]图5为另一个实施例中飞行器上合成双射流激励器布置方案示意图，其中(a)为激励器在飞行器的布置位置，(b)为激励器在动力装置尾喷口的布置位置；
[0027]图6为另一个实施例中合成双射流环量控制前后流场对比图，其中(a)为无控制，(b)为有控制(1/4T)，(c)为有控制(2/4T)，(d)为有控制(3/4T)，(e)为有控制(4/4T)；
[0028]图7为另一个实施例中合成双射流环量控制前后截面压力分布对比图；
[0029]图8为另一个实施例中合成双射流表面阵列分离流控制前后流场对比图，其中(a)为无控制，(b)为有控制；
[0030]图9为另一个实施例中合成双射流表面阵列分离流控制前后表面压力分布对比图；
[0031]图10为另一个实施例中合成双射流推力矢量控制前后流场对比图，其中(a)为无控制，(b)为有控制。
具体实施方式
[0032]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合成双射流流场控制的飞行器无舵面飞行控制方法，其特征在于，飞行器的飞行控制装置包括合成双射流激励器、电源控制器；所述飞行器无舵面飞行控制方法包括：根据飞行器布局、飞行状态及控制需求，将所述合成双射流激励器按照预设排布方式布置在飞行器的预设位置上；通过飞行控制系统或控制信号接收器给所述电源控制器发送控制指令，驱动电源控制器根据预先设置的控制率或操纵指令为合成双射流激励器提供相应的电控信号；所述控制指令是飞行控制系统根据预设控制策略生成的；将所述电控信号发送至所述合成双射流激励器，使得合成双射流激励器的压电振子在逆压电效应的作用下，反复压缩膨胀腔体，在出口形成周期性吹吸的合成双射流；根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，实现飞行控制。2.根据权利要求1所述的飞行器无舵面飞行控制方法，其特征在于，根据预设控制策略，利用所述合成双射流改变飞行器绕流流场，重构表面压力分布，实现飞行控制，包括：当所述合成双射流激励器布置在飞行器的两侧机翼后缘时：根据所述合成双射流，采用环量控制方式，通过在翼面后缘切向喷出高速脉冲射流，借助柯恩达效应使后缘分离点下移，改变翼面前、后缘驻点的位置，使翼面局部环量增加，形成较高的局部升、阻力。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振兵，刘杰夫，赵志杰，邓雄，李石清，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：