阅读说明：本技术 一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法 (Method for accurately controlling aircraft track through multifunctional pneumatic control surface ) 是由 蒋彬 张琼 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法,所述方法为：舵面通过偏转改变推进系统后方气流流场,产生矢量力,通过偏转产生舵面气动效应,产生舵面传递到飞行器机体的力与力矩；位于升力推进系统后方气流流场中有多个多功能气动舵面升力推进系统可是开放式螺旋桨,喷气式发动机,或涵道风扇。飞行器悬停状态下,位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面,左右机翼各自前后单向偏动,形成围绕机体垂直轴向的偏航力矩,提供主要航向控制。该多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法,替代了原有多轴旋翼垂直起降飞行器,复合多轴旋翼飞行器以及倾转旋翼,倾转机翼,倾转涵道,倾转机身垂直起降飞行器的四个轴向的控制方法。(The invention discloses a method for accurately controlling the track of an aircraft by a multifunctional pneumatic control surface, which comprises the following steps: the control surface changes the airflow field behind the propulsion system through deflection to generate vector force, and the aerodynamic effect of the control surface is generated through deflection to generate force and moment transmitted to the aircraft body by the control surface; the lift propulsion system with a plurality of multifunctional pneumatic control surfaces, which is positioned in the airflow field behind the lift propulsion system, can be an open propeller, a jet engine or a ducted fan. In the hovering state of the aircraft, the left wing and the right wing of the aerodynamic control surface positioned in the airflow field behind the lift propulsion system respectively perform unidirectional offset forward and backward to form yawing moment around the vertical axial direction of the aircraft body, so that main course control is provided. The method for accurately controlling the track of the aircraft by the multifunctional pneumatic control surface replaces the original multi-axis rotor wing VTOL aircraft, the composite multi-axis rotor wing aircraft and the tilting rotor wing, the tilting duct and four axial control methods of the tilting fuselage VTOL aircraft.)

一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法

技术领域

本发明涉及气动舵面控制飞行器轨迹技术领域，具体为一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法。

背景技术

传统多轴垂直起降飞行器(包括复合型多轴升力+传统飞行器)在垂直悬停状态下，通常采用升力螺旋桨的对扭矩差来航向控制，用机身重心前后螺旋桨的推力差来控制前后运动轨迹，用机身重心左右螺旋桨的推力差来控制左右运动轨迹，用升力螺旋桨的整体推力来控制高度轴上升与下降轨迹。同时在平飞状态下用传统飞行器的副翼与扰流板，升降舵，方向舵，以及推进螺桨，来控滚转向，俯仰轴，航向轴，以及飞行速度，

在大型多轴飞行器的应用上，随着机身转动惯量的增加(转动惯量随着重量的平方而增加)，在悬停状态下需要更大的电流保证螺旋桨的控制精度以及响应，两套控制分配方法在悬停与平飞模式下相互独立，增加飞行器控制器件的通道以及与飞行器的重量，所以我们提出一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法，以解决上述背景技术提出的控制飞行器轨迹的方法，随着机身转动惯量的增加(转动惯量随着重量的平方而增加)，在悬停状态下需要更大的电流保证螺旋桨的控制精度以及响应，两套控制分配方法在悬停与平飞模式下相互独立，增加飞行器控制器件的通道以及与飞行器的重量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法，所述方法为：舵面通过偏转改变推进系统后方气流流场，产生矢量力，通过偏转产生舵面气动效应，产生舵面传递到飞行器机体的力与力矩；

位于升力推进系统后方气流流场中有多个多功能气动舵面升力推进系统可是开放式螺旋桨，喷气式发动机，或涵道风扇。

优选的，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，左右机翼各自前后单向偏动，形成围绕机体垂直轴向的偏航力矩，提供主要航向控制。

优选的，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，共同朝一向偏动，从而提供前后矢量推力，提供前后轴向轨迹控制。

优选的，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，上下舵面合拢或开放，控制喷口面积，干扰气流，从而影响单个推进系统产生的推力。

优选的，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，协同或单独作用，调整飞行器垂直向推力，产生总推力与总重力之间的差，提供飞行器主要的垂直轴向控制；

飞行器悬停状态下，位于机身重心两侧端的气动舵面，协同或单独作用，形成飞行器左右非对称垂直向推力，产生滚转力矩，提供飞行器主要的滚转轴控制；

在飞行器悬停状态下，位于机身重心前后端的气动舵面，协同或单独作用，形成飞行器前后非对称垂直向推力，产生俯仰力矩，提供飞行器主要的俯仰轴控制。

优选的，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心前后端的气动舵面，协同或单独偏转作动，产生重心前后的升力差，从而产生俯仰力矩，提供飞行器的俯仰轴控制。

优选的，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独偏转作动，产生围绕重心左右的升力差，从而产生滚转力矩，提供飞行器的滚转轴控制。

优选的，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独上下张开与收缩作动，产生围绕重心左右的阻力差，从而产生偏航力矩，提供飞行器的航向控制。

优选的，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独上下张开与收缩作动，产生的总的阻力以及推力增减，从而产生加减速度，从而提供飞行器的速度控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法，完整的替代了原有多轴旋翼垂直起降飞行器，复合多轴旋翼飞行器以及倾转旋翼，倾转机翼，倾转涵道，倾转机身垂直起降飞行器，的四个轴向(垂直，纵向，横向，航向)的控制方法。在悬停阶段直接由气动舵面干扰推进系统(螺旋桨，或涵道风扇)的后方气流流场产生的矢量来控制飞行器所有的轨迹以及姿态。该方案相对与传统多轴的飞行器(利用推力以及扭矩差)控制给予同等重量的飞行器更高频率或更敏捷的控制。本发明使用同样的气动舵面在平飞以及悬停过渡到平飞的阶段完成飞行器的控制，赋予了气动舵面多个功能，节约飞行器重量，降低了飞行器结构复杂程度。

附图说明

图1为本发明推进系统和气动舵面连接结构示意图；

图2为本发明主要航向控制示意图；

图3为本发明前后轴向轨迹控制示意图；

图4为本发明上下舵面合拢或开放示意图；

图5为本发明主要的垂直轴向控制示意图；

图6为本发明俯仰轴控制示意图；

图7为本发明滚转轴控制示意图；

图8为本发明航向控制示意图；

图9为本发明速度控制示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种如下的技术方案：一种多功能气动舵面精准控制飞行器轨迹的方法，如附图1中所示，位于升力推进系统后方气流流场中有多个气动舵面。这些舵面通过偏转改变推进系统后方气流流场，产生矢量力。以及通过偏转产生舵面气动效应，产生舵面传递到飞行器机体的力与力矩。升力推进系统可是开放式螺旋桨，喷气式发动机，或涵道风扇。

具体的，如附图2中所示，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，左右机翼各自前后单向偏动，形成围绕机体垂直轴向的偏航力矩，提供主要航向控制。

具体的，如附图3中所示，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，共同朝一向偏动，从而提供前后矢量推力，提供前后轴向轨迹控制。

具体的，如附图4中所示，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，上下舵面合拢或开放，控制喷口面积，干扰气流，从而影响单个推进系统产生的推力。

具体的，如附图5中所示，飞行器悬停状态下，位于升力推进系统后方气流流场中的气动舵面，协同或单独作用，调整飞行器垂直向推力，产生总推力与总重力之间的差，提供飞行器主要的垂直轴向控制；

飞行器悬停状态下，位于机身重心两侧端的气动舵面，协同或单独作用，形成飞行器左右非对称垂直向推力，产生滚转力矩，提供飞行器主要的滚转轴控制；

在飞行器悬停状态下，位于机身重心前后端的气动舵面，协同或单独作用，形成飞行器前后非对称垂直向推力，产生俯仰力矩，提供飞行器主要的俯仰轴控制。

具体的，如附图6中所示，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心前后端的气动舵面，协同或单独偏转作动，产生重心前后的升力差，从而产生俯仰力矩，提供飞行器的俯仰轴控制。

具体的，如附图7中所示，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独偏转作动，产生围绕重心左右的升力差，从而产生滚转力矩，提供飞行器的滚转轴控制。

具体的，如附图8中所示，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独上下张开与收缩作动，产生围绕重心左右的阻力差，从而产生偏航力矩，提供飞行器的航向控制。

具体的，如附图9中所示，在飞行器倾转以及平飞状态下，位于机身重心左右的气动舵面，协同或单独上下张开与收缩作动，产生的总的阻力以及推力增减，从而产生加减速度，从而提供飞行器的速度控制。

以上技术方案，适用于，配备开放螺旋桨或涵道风扇的复合型(升力+推进)的垂直起降飞行器，或倾转机身，倾转机翼或者倾转涵道风扇的垂直起降飞行器。

本发明为涵道式以及开放式螺旋桨式推进系统的飞行器提供一个而在悬停，倾转，以及平飞模式下通用一套控制舵面的控制分配方案。控制舵面的偏转速率以及控制带宽高于传统螺旋桨推进，控制舵面的偏转速率与控制带宽并非随着飞行器推进系统以及飞机总重量而下降。

本方案依托一套多个多功能气动控制舵面，在悬停，倾转，以及平飞状态下，提供4个轴向上的精准控制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改以及变化。凡在本申请的精神以及原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号以及字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义以及解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或者替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。