[发明专利]一种大攻角下滚转力矩的控制方法及飞行控制系统

说明书

本发明提出了一种大攻角下滚转力矩的控制方法及飞行控制系统。所述控制方法将射流的占空比作为控制量来控制滚转力矩，在保证供给气压恒定的情况下，通过高频电磁阀来控制射流的占空比，这使得射流在出气的时间段速度保持恒定，而在闭气的时间段速度为零，从而实现了无舵效死区的控制效果。本发明将射流激励器与飞行控制系统连接起来，取代传统舵面，克服了传统舵面在大攻角流动分离情况下失效的缺陷，进一步拓宽了飞行器的飞行包线。

技术领域

本发明公开了一种大攻角下滚转力矩控制方法及飞行控制系统，属于飞行器控制领域。

背景技术

在大攻角情况下，传统的滚转控制舵面(副翼)由于严重的边界层分离而失效，此时用它来控制大攻角下的过失速机动动作将变得十分的低效而且危险。需要设计一种有效的、线性的控制方式来实现对飞行器大攻角滚转力矩的控制。

后掠翼飞行器表面会从前缘卷绕出两个或多个涡系，由于这些涡系成为大攻角下升力的重要组成部分，所以如果能够控制这些涡系，就能够很有效地控制飞行器的受力情况。

沿前缘射流是一种在大攻角下控制涡系的方式，其主要原理是向涡核之中注入动量，从而延迟大攻角下涡的破碎，但是如果把这种控制方式用于控制飞行器的滚转力矩有一个缺点，那就是在沿前缘射流的速度没有达到一定的阈值时，控制是没有效果的，也就是说控制存在“死区”。为了说明这点，图1展示了针对某型飞翼式布局飞行器在26度迎角下滚转力矩随着射流动量系数的变化过程，可以看出，如果通过控制射流动量系数大小来控制滚转力矩，将会有一段很明显的“舵效死区”。如何设计一种不存在死区，而且控制效果比较线性的滚转力矩控制方式是需要解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术的问题，本发明提出了一种通过控制射流占空比大小来控制飞行器滚转力矩的控制方法，实现了无舵效死区且近似线性的控制效果。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述控制方法的飞行控制系统。

技术方案：根据本发明的第一方面，提供一种大攻角下滚转力矩的控制方法，应用于后掠翼飞行器，所述方法利用脉冲式射流来控制飞行中产生的涡系，并通过改变所述脉冲式射流的占空比来控制飞行器的滚转力矩，其中，所述吹气产生的滚转力矩增量与所述射流的占空比大小成比例关系，所谓成比例关系是指需要大的滚转力矩则设置较大的占空比，若需要小的滚转力矩，则设置较小的占空比，二者基本上呈线性关系。

进一步地，所述脉冲式射流的开关通过高低电平信号来控制，其中高电平信号用于开启射流，低电平信号用于关闭射流。

进一步地，所述高低电平信号通过以下方法得到：将飞行控制指令和传感器数据传入飞行器的飞行控制系统中，通过飞行控制算法的计算得到对应的舵机信号，再将舵机信号转换为所需占空比的高低电平信号，作为脉冲式射流的控制信号。

根据本发明的第二方面，提供一种用于实现上述控制方法的飞行控制系统，包括：

飞行控制板，用于根据飞行任务需求计算出舵机信号；

信号转换模块，用于将飞行控制板输出的传统舵机信号转换为所需占空比的方波信号，所述占空比根据所需滚转力矩的大小进行设置，跟随滚转力矩的大小呈基本线性变化；

射流激励器，用于在信号转换模块输出的方波信号的控制下射出脉冲式射流，其中，方波信号的高电平时间射流打开，方波信号的低电平时间射流关闭。

有益效果：

1、本发明在保证供给气压恒定的情况下，通过高频电磁阀来控制射流的占空比，这使得射流在出气的时间段速度保持恒定，而在闭气的时间段速度为零。这也就促成了“出气必有效”的控制效果，从而实现了无舵效死区的控制效果。

2、本发明的射流控制方式控制原理类似于LED调节亮度的工作原理，巧妙地通过改变方波信号的占空比，能够实现对滚转力矩的线性控制。