[发明专利]一种直升机低速投放飞行器的挂架及飞行器姿态控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于直升机低速投放无动力升力式飞行器的挂架及飞行器姿态控制方法，属于飞行器姿态控制设计领域。

背景技术

轨道再入或亚轨道再入升力式飞行器依靠气动力和重力即可实现水平着陆，不一定需要使用或配置复杂的主动力系统，例如航天飞机、X-37B、太空船二号(SpaceShipTwo)、追梦者(Dream Chaser)等。由于不使用或未配置主动力系统，这类飞行器在研制过程中需借助其它运载平台进行挂飞系留试验和投放飞行试验，例如运输机或直升机，以验证飞行器低速气动特性和进场着陆制导控制技术。早期美国的航天飞机采用改装后的波音747运输机背驮方式开展进场着陆飞行试验，X-37B在前期型号研制过程中先后采用UH-60黑鹰直升机、CH-47支努干直升机和白骑士(White Knight)运输机作为载机进行投放飞行试验，近期追梦者则采用一架改装后的直升机完成了挂飞系留试验和投放飞行试验。

采用通用直升机作为载机进行无动力升力式飞行器挂飞系留试验和投放飞行试验，具有改造成本低、准备周期短、方便、灵活、安全等优点。但是，由于直升机飞行速度低，飞行器与直升机的挂架分离后面临控制能力不足的问题，在投放初始条件偏差、分离干扰、高空风干扰和飞行器静稳定性等因素的共同作用下有可能姿态失稳，从而无法在预定跑道上安全着陆。因此，采用直升机低速投放无动力升力式飞行器，必须解决投放后低动压情况下飞行器的姿态稳定和控制问题。具体而言就是，在投放之前使挂载状态飞行器的姿态运动尽可能满足投放要求，或使投放初始条件偏差尽可能在允许范围之内，增加允许投放的几率；在飞行器与挂架分离后保持姿态稳定，减小投放初始条件偏差和干扰的影响，并通过俯冲加速迅速提高飞行速度，进而提升气动舵面的控制能力。

目前，在国内外公开发表的文献资料中采用直升机作为载机完成投放飞行试验的无动力升力式验证飞行器有：日本的ALFLEX(1996年)，美国的X-40A(1998年和2001年)，德国的Phoenix(2004年)，美国的追梦者(2013年)。这些验证飞行器都取得了飞行试验成功，所采取的技术方案各有特点。ALFLEX挂架较为复杂，挂架采用尾翼稳定，飞行器采用攻角闭环控制；X-40A和追梦者吊挂方案简单，直升机通过单根钢索吊挂挂架及飞行器，挂架带有稳定伞；Phoenix的挂架方案简单，直升机通过三根钢索吊挂飞行器，后三角挂点布局保证挂架及飞行器姿态稳定。以上技术方案均有明显缺点，适用范围有限。例如，ALFLEX挂架组成复杂，实际操作困难；X-40A和追梦者在挂载状态下受高空风的影响较大，该吊挂方案要求飞行器静稳定性好，能够容忍干扰的影响；Phoenix受载机的影响较为显著，并且三根钢索容易发生缠绕，因此对载机飞行要求严格。另外，以上技术方案所包含的飞行器姿态控制方案也有缺点，例如，需要用到的攻角信号难于精确获得，没有同时采用俯仰角和滚转角反馈控制因而难以保证分离后姿态稳定。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种直升机低速投放飞行器的挂架及飞行器姿态控制方法，可以解决在采用直升机低速投放无动力升力式飞行器时投放后低动压情况下飞行器的姿态稳定和控制问题，具有系统组成简单、抗干扰能力强、适用范围广等优点。

本发明的技术解决方案是：

一种直升机低速投放飞行器的挂架，包括：主钢索、挂架钢索、阻尼板、挂架主结构、稳定伞、压紧组件和分离释放组件；压紧组件包括压紧开关和可调压脚；

主钢索的一端连接在直升机上，另一端通过挂架钢索连接挂架主结构；阻尼板沿竖直方向焊接在挂架主结构上，用于减小挂架左右摆动；稳定伞连接在挂架主结构的尾端，用于消除挂架前后摆动和绕主钢索转动；四个压紧组件的可调压脚安装在挂架主结构上，四个压紧开关安装在飞行器的背面，四个可调压脚与四个压紧开关一一对应，在挂架主结构与飞行器连接后通过可调压脚施加预紧力，可调压脚将压紧开关压住，令压紧开关处于断开状态；飞行器通过分离释放组件挂在挂架主结构下方。

所述挂架钢索至少为2根，挂架前后至少各1根，且长度可调，通过调整前后挂架钢索的长度进而调整挂架的俯仰姿态。

四个压紧开关两两并联然后串联在一起，每个压紧开关均包含两个独立通道，从而构成相互独立的二余度分离信号检测电路，通过检测每一个余度线路两端的通断状态实现分离信号检测，任意一个余度线路导通即产生分离信号，压紧开关被压紧时为断路，压紧开关自由状态时为通路。