[发明专利]一种适用于固定翼结构的抗突风装置

说明书

本发明公开了一种适用于固定翼结构的抗突风装置，可应用在微型和小型飞行器，提高突风环境下的飞行稳定性和安全性，该装置包括迎角主动控制段、刚性中段和突风被动控制段，主动控制部分位于机翼前缘，可根据实时监测到的突风角度，控制由压电复合材料驱动的前缘低头，降低实际迎角，避免失速发生；被动控制部分位于机翼后缘，由韧性树脂构成，飞行时产生微小振动使得机翼失速前减缓气动力突变，降低俯仰力矩峰值波动引起的抬头动作幅值，降低突然发生失速的可能性。主动与被动控制方式的结合使得该装置既有灵活多变的功能，又有稳定可靠的效果，具有良好的抗突风作用；同时机翼多段结构的采用在满足性能的同时降低了技术门槛和制造价格。

技术领域

本发明涉及一种抗突风装置，尤其是一种适用于固定翼结构的抗突风装置。

背景技术

微型和小型飞行器常在低空区域工作，该区域流场情况复杂，空气对流强烈；且气流受环境和建筑物影响，风速和风向变化较大。尤其微型和小型飞行器具有重量轻、速度低的特点，突风对其飞行影响更为严重。对于固定翼结构的飞行器，突风不仅可使飞行稳定性降低；更严重的使实际迎角突然增加、机翼表面失速，造成飞机坠落。

传统刚性机翼的操纵面如后缘襟翼、副翼，由于位置在机翼后部，而失速时气流在其前方已经分离，因此在来流突变造成飞机实际迎角过大时操纵性能极差。常规前缘襟翼可在大迎角时放下以减小前缘与气流之间的相对角度，但襟翼与主翼间的缝隙造成了气流的局部恶化，在大迎角飞行时极易导致力矩的不平衡，产生非指令运动。后来发展的无缝前缘襟翼的使用改善了大迎角时的飞行性能，但仍存在前缘翼面的局部改变，实际迎角较大时流场不稳定性增加；且采用机械结构控制，重量较重。

新出现的弹性机翼如X-56A无人机中的机翼，机翼在主动控制系统的作用下可发生整体变形，对突风适应性较好。但机翼多部分的协调变形使得控制复杂、实现难度高；同时全机翼上大量智能变形材料的使用使得价格昂贵，不适用于成本低的微型和小型飞行器；且由于主动控制回路先判断再执行的特点，突风减缓的作用具有延迟性。

被动控制方式如翼梢小翼等各种增稳装置，使得飞行稳定性得到提到一定提升。但其结构形式较为固定，在不同的流动状态下起到的效果差异较大；同时由于被动控制方式缺乏对外界的反馈，使得灵活性差，适应性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于固定翼结构的抗突风装置，避免来流实际迎角过大时的失速现象和非指令性运动，并改善大迎角时的流场特性，提高飞行稳定性和安全性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于固定翼结构的抗突风装置，其特征在于，包括迎角主动控制段、刚性中段和突风被动控制段,分别位于机翼的前缘、中部、后部。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)通过主动控制机翼的实际迎角，从根本上提高了抗突风能力；(2)前缘采用压电纤维复合材料变形，翼面整体过渡，外形良好,无缝隙、局部凸起和凹陷；(3)通过后缘微振的被动减缓，使得失速前突风带来的气动力波动幅值减小，降低突然失速风险；(4)主动与被动方式相结合的突风效果抑制，前缘主动响应，灵活性高；后缘被动控制，实时性和可靠性高；(5)机翼多段结构的采用在满足性能的同时降低了技术难度和制造价格，适用于使用广泛但价格敏感的微型和小型飞行器。

下面结合附图对本发明提出的一种适用于固定翼结构的抗突风装置进行详细说明。

附图说明

图1是本发明机翼多段结构总体示意图。

图2是本发明的工作原理图。

图3是本发明的迎角主动控制段的压电纤维层工作原理图。

图4是本发明的突风被动控制段的示意图。