[发明专利]基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst机动模拟方法及其装置

说明书

技术领域

本发明是一种模拟战斗机Herbst机动动作的方法及装置，主要用于风洞实验研究，属于航空航天技术领域。

背景技术

随着航空科技的快速发展，战斗机高机动性的要求日趋强烈。现在，高机动性已经是新一代战机所必需满足的主要技术指标之一。而目前比较有名且具备实用意义的大迎角过失速机动战术动作有“眼镜蛇”机动、柯比特机动(Kulbit)、钟摆机动(Bell)、赫布斯特机动(Herbst)等等。其中，Herbst机动力图以最小半径、最快速度改变机头指向，从而使飞机迅速占据有利位置或迅速将机身指向目标，在空战中获得战术优势，是非常有代表性的机动。

Herbst机动是以最早提出过失速机动概念的德国人Wolfgang Herbst命名的。该机动如图1所示，飞机以0.5马赫数或更高速度进入(过程a)，急拉杆使迎角快速增加并降低飞行速度，直到超过失速迎角(过程b)，再绕速度矢量滚转到一个新的飞行方向(过程c)，推杆使飞机低头卸载并加速(过程d)，从而通过减小转弯半径的方式实现快速调头的目的。

由于该机动过程的复杂性，目前国内外关于Herbst机动的研究非常少。而对于这类复杂空气动力学问题，较常用的研究手段是风洞实验，但在国内风洞中尚未见到可开展Herbst机动过程飞机气动特性研究的实验方法与装置。

基于目前空中战术对战斗机高机动性的急切需求以及国内外Herbst机动研究的空白现状，有必要率先发展Herbst机动的模拟方法及其装置，以便开展现代飞行器高机动性的风洞实验研究。

发明内容

本发明提出一种模拟Herbst机动动作的方法与装置，其目的是：针对上述论述的Herbst机动研究的空白现状，结合测压、测力以及PIV实验技术，建立一个可以在风洞中开展Herbst机动过程飞机气动特性研究的实验平台，为现代战斗机战术动作的发展提供重要的研究平台和技术手段。

本发明是一种基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst机动模拟方法及其装置，其模拟方法主要包括：装置制作与准备，系统控制方法，同步测量方法；其模拟装置主要包括：快速拉起系统1(图2)，圆锥运动(绕速度矢量滚转运动)系统3(图2)，摇滚支杆3.11(图5)。详细阐述如下：

本发明是一种基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst模拟方法，其步骤如下：

1、装置制作与准备

(1)快速拉起系统1的设计制作。伺服电机1.1驱动拉起系统主轴1.5，主轴与摇臂2相连，如图3所示，该系统可完成由电机控制的快速拉起过程。

(2)圆锥运动系统3的设计制作。伺服电机3.7驱动圆弧导轨3.10旋转，在圆锥运动过程中，导线的引出通过引电滑环3.4实现，如图4所示。该系统可完成由电机控制的圆锥运动过程。

(3)摇滚支杆3.11的设计制作。模型与支杆主轴3.11.4直接相连，支杆主轴3.11.4另一端通过联轴节3.11.2可与外部电机3.14及减速器3.13相连，如图5所示。支座3.11.1通过套筒3.12与圆弧导轨3.10相连。该系统方便了模型滚转姿态的调整。

(4)为使模型在整个Herbst机动过程中，其参考中心与风洞没有相对移动，整个系统在尺寸上务必满足拉起轴线、圆锥运动轴线以及模型自身体轴相交于模型参考中心，如图2所示。

2、系统控制方法

(1)模型初始姿态调整。将模型固定于支杆3.11上，改变圆弧导轨3.10在圆弧支撑座3.9中的位置，可以调节圆锥运动迎角(支杆轴线与圆锥运动轴线的夹角)，本实例预设圆锥运动迎角为70°(如图4所示)，再通过销钉孔将圆弧导轨3.10与圆弧支撑座3.9固定。通过摇臂2将圆锥运动系统3与快速拉起系统1相连，控制圆锥运动伺服电机3.7使圆弧导轨平面与横梁3.2垂直，控制快速拉起伺服电机1.1使模型与来流风速平行，即模型攻角为0。控制摇滚支杆伺服电机3.14使模型纵向对称面与拉起运动轴线垂直。

(2)Herbst机动动作模拟。Herbst机动过程为飞机快速拉起直到超过失速迎角，继续绕风轴滚转180°，然后低头将攻角降为0°。按此过程可预设模型姿态角随时间的变化规律，进而转换为各驱动电机所发的脉冲数量随时间的变化规律，将此脉冲时序指令通过板卡发送到伺服电机驱动器上，从而驱动电机按此脉冲指令运行使模型完成Herbst机动的模拟过程。Herbst机动过程的速度调节只需修改预设模型姿态角随时间的变化规律，转化为脉冲时序指令发送到伺服电机驱动器即可。

3、同步测量方法