一种基于头部偏转的飞行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于头部偏转的飞行控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于头部偏转的飞行控制方法、装置和飞行器


[0001]本专利技术属于飞行器控制领域，具体涉及一种飞行控制方法
、
装置和飞行器
。

技术介绍

[0002]科技的发展推动武器装备的不断发展，精确打击作战思想的运用对飞行器提出了越来越高的要求
。
[0003]飞行器受限于其模型结构，难以在短时间内改变其推力方向，从而改变飞行姿态，难以进一步缩短追击距离
。
而如果采用推力矢量发动机或喷管，不仅工艺水平要求较高，同时维护成本较大，不具备经济性
。
[0004]因此，如何快捷有效的改变飞行器的飞行姿态，提高飞行器的机动性并优化飞行路线便成了主要问题
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术的问题，本专利技术提供一种基于飞行器头部偏转的飞行控制方法及装置
。
在超
/
高超声速飞行途中，通过改变飞行器头部的偏转，快速改变飞行器所受到的力矩，从而快速改变飞行器的飞行姿态，使飞行器消耗更少的时间达到更有效的机动操作
。
[0006]本专利技术还提供一种相应的飞行器
。
[0007]技术方案：第一方面，提供一种基于头部偏转的飞行控制方法，应用于要追击目标飞行器的飞行器上，所述方法包括以下步骤：
[0008]获取飞行器的飞行姿态，包括实时空速的分量
、
迎角的角速度和飞行高度，获取目标飞行器的距离并计算目标飞行器的飞行速度及飞行轨迹；
[0009]基于飞行器的飞行姿态和目标飞行器的飞行轨迹或预设的目的地，根据飞行器偏转的动力学方程计算飞行器的飞行路线，确定初步优化路线；
[0010]根据初步优化路线，控制飞行器的动作偏转机构，改变飞行器头部偏转角度，使飞行器所受力矩发生变化，从而改变飞行器的飞行姿态，其中所述动作偏转机构设置于飞行器的机身与机头之间，能够沿着飞行器的中心轴实现不同角度的偏转，并且带动飞行器头部发生偏转；
[0011]对飞行器头部偏转效果进行耦合，判断是否进入最佳飞行姿态，如果未进入最佳飞行姿态，则实时更新飞行姿态并优化飞行路线，并调整飞行器头部偏转，调整飞行器飞行姿态
。
[0012]优选地，计算目标飞行器的飞行速度及飞行轨迹包括：获取目标飞行器的距离，确定目标飞行器的位置，根据目标飞行器随时间的位置变化，计算目标飞行器的飞行速度，并确定其飞行轨迹
。
[0013]优选地，确定初步优化路线包括：将飞行器的速度和飞行器的姿态角代入飞行器偏转后的轨迹方程得到飞行器质心大致运动路线，将飞行器的角速度分量和姿态角代入飞
行器绕质心的转动方程得到飞行器绕质心转动的姿态变化；根据飞行器本身的性能在当前高度选择合适的飞行操纵区间，即确定飞行器安全的速度区间和姿态角，根据当前运动速度和姿态角在该区间内根据目标飞行器的动向求解追击问题曲线，根据求解路线中的各个时态的速度和姿态角代入反解飞行器的轨迹方程和绕质心的转动方程，预估出飞行器飞行时头部偏转的偏转方向和操纵量
α
；其中飞行器偏转后的轨迹方程为：
[0014][0015]式中，
F
为全机受到的合外力向量，
m
b
为机体质量，
m
n
为机头质量，是根据地面坐标系对飞行器速度进行微分得到的加速度；
[0016]飞行器绕质心的转动方程为：
[0017][0018]式中，
M
为对质心
O
的合外力矩，
b
T
为机体坐标系的基，为机体坐标系相对于地面坐标系角速度的转换矩阵，为机头坐标系系相对于地面坐标系角速度的转换矩阵，
w
b
是机体系相对于地面坐标系的角速度分布矩阵，
w
n
机头系相对于地面坐标系角速度分布矩阵，
[0019][0020][0021]J
b
为机体坐标系中所有机体微元绕其质心的转动惯量
,J
n
为机头坐标系中所有机头微元绕其质心的转动惯量，
r1为机头在机头坐标系中重心位置，
r2为机体在机体坐标系中的重心位置
。
[0022]优选地，动作偏转机构通过转接底座和转接台将飞行器头部与飞行器机体链接，转接底座上装有电机平台，电机平台内具有多个独立的单元分别对多根支撑杆进行机械控制，通过对支撑杆的高度分布进行调整，实现转接台的绕中心轴的偏转，从而控制飞行器头部偏转
。
[0023]优选地，根据初步优化路线，控制飞行器的动作偏转机构，改变飞行器头部偏转角度包括：通过电机平台对多根支撑杆的高度分布进行调整，调整动作模块前端的偏转角度，进而实现对飞行器头部进行偏转控制
。
[0024]优选地，对飞行器头部偏转效果进行耦合，判断是否进入最佳飞行姿态包括：根据飞行器的实时飞行数据判断当前飞行器的飞行姿态和飞行速度是否满足整体最优航线路线规划，若飞行路线偏差度在指定范围内，则能满足航线的准确性，飞行器头部偏转角度还在允许工作的范围内，此时则处于最佳飞行姿态
。
[0025]第二方面，提供一种飞行控制装置，包括感知模块
、
控制模块
、
动作模块，其中，
[0026]感知模块包括飞行器机载传感器和激光雷达，激光雷达用于捕捉目标飞行器的距离，飞行器机载传感器用于记录飞行器的飞行姿态，包括实时空速的分量
、
迎角的角速度和飞行高度，感知模块将获取的数据传送给控制模块；
[0027]控制模块用于基于飞行器的飞行姿态和目标飞行器的飞行轨迹或预设的目的地，根据飞行器偏转的动力学方程计算飞行器的飞行路线，确定初步优化路线；根据初步优化
路线，控制动作模块发生偏转，使飞行器所受力矩发生变化，从而改变飞行器的飞行姿态；以及对飞行器头部偏转效果进行耦合，判断是否进入最佳飞行姿态，如果未进入最佳飞行姿态，则实时更新飞行姿态并优化飞行路线，并调整飞行器头部偏转，调整飞行器飞行姿态；
[0028]动作模块设置在飞行器的机身与机头之间，用于根据控制模块的指令沿着飞行器的中心轴实现不同角度的偏转，使飞行器的头部发生不同幅度转动
。
[0029]优选地，所述动作模块通过转接底座和转接台将飞行器头部与飞行器机体链接，转接底座上装有电机平台，电机平台内具有多个独立的单元分别对多根支撑杆进行机械控制，通过对支撑杆的高度分布进行调整，实现转接台的绕中心轴的偏转，从而控制飞行器头部偏转
。
[0030]优选地，飞行控制装置还包括激波杆，所述激波杆沿着机头主体中心轴线延伸方向设置于飞行器头部，所述激波杆在飞行器头部发生偏转时被带动发生转动
。
[0031]第三方面，提供一种飞行器，所述飞行器包括如第二方面所述的飞行控制装置，或者所述飞行器的飞行控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于头部偏转的飞行控制方法，应用于要追击目标飞行器的飞行器上，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取飞行器的飞行姿态，包括实时空速的分量
、
迎角的角速度和飞行高度，获取目标飞行器的距离并计算目标飞行器的飞行速度及飞行轨迹；基于飞行器的飞行姿态和目标飞行器的飞行轨迹或预设的目的地，根据飞行器偏转的动力学方程计算飞行器的飞行路线，确定初步优化路线；根据初步优化路线，控制飞行器的动作偏转机构，改变飞行器头部偏转角度，使飞行器所受力矩发生变化，从而改变飞行器的飞行姿态，其中所述动作偏转机构设置于飞行器的机身与机头之间，能够沿着飞行器的中心轴实现不同角度的偏转，并且带动飞行器头部发生偏转；对飞行器头部偏转效果进行耦合，判断是否进入最佳飞行姿态，如果未进入最佳飞行姿态，则实时更新飞行姿态并优化飞行路线，并调整飞行器头部偏转，调整飞行器飞行姿态
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算目标飞行器的飞行速度及飞行轨迹包括：获取目标飞行器的距离，确定目标飞行器的位置，根据目标飞行器随时间的位置变化，计算目标飞行器的飞行速度，并确定其飞行轨迹
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定初步优化路线包括：将飞行器的速度和飞行器的姿态角代入飞行器偏转后的轨迹方程得到飞行器质心大致运动路线，将飞行器的角速度分量和姿态角代入飞行器绕质心的转动方程得到飞行器绕质心转动的姿态变化；根据飞行器本身的性能在当前高度选择合适的飞行操纵区间，即确定飞行器安全的速度区间和姿态角，根据当前运动速度和姿态角在该区间内根据目标飞行器的动向求解追击问题曲线，根据求解路线中的各个时态的速度和姿态角代入反解飞行器的轨迹方程和绕质心的转动方程，预估出飞行器飞行时头部偏转的偏转方向和操纵量
α
；其中飞行器偏转后的轨迹方程为：式中，
F
为全机受到的合外力向量，
m
b
为机体质量，
m
n
为机头质量，是根据地面坐标系对飞行器速度进行微分得到的加速度；飞行器绕质心的转动方程为：式中，
M
为对质心
O
的合外力矩，
b
T
为机体坐标系的基，为机体坐标系相对于地面坐标系角速度的转换矩阵，为机头坐标系系相对于地面坐标系角速度的转换矩阵，
w
b
是机体系相对于地面坐标系的角速度分布矩阵，
w
n
机头系相对于地面坐标系角速度分布矩阵，机头系相对于地面坐标系角速度分布矩阵，
j
b
为机体坐标系中所有机体微元绕其质心的转动惯量
,J
n
为机头坐标系中所有机头微元绕其质心的转动惯量，
r1为机头在机头坐标系中重心位置，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿玺，吴国庆，孙志坤，童晟翔，程克明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：