[发明专利]飞行器虚拟可变气动布局智能控制系统

说明书

一种飞行器虚拟可变气动布局智能控制系统，包括旋涡射流产生单元，用于产生旋涡射流，所产生的旋涡射流与飞行器飞行时产生的飞行流场相互作用，改变飞行器壁面附近流场的速度、压力分布和力矩特性，形成与飞行器壁面耦合的虚拟气动布局；飞行流场监测单元用于对飞行器飞行时产生的飞行流场的参数进行实时监测；智能控制单元根据飞行流场监测单元监测到的飞行流场参数，控制旋涡射流产生单元的工作，使其产生不同的旋涡射流，形成不同的虚拟气动布局，实现虚拟可变气动布局智能控制。通过本发明提出的方案无需改变飞行器的外形和气源供应系统，就能实现不同飞行环境下气动布局的优化匹配。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，特别是涉及一种飞行器虚拟可变气动布局智能控制系统。

背景技术

主动流动控制技术作为21世纪最具发展潜力的航空航天前沿技术之一，美国NASA和AIAA都将其作为重要研究内容，认为其将是未来新型飞行器设计中一个新的自由度，气动技术向流动“可变、可控”的转变将促进大量新型、高性能飞行器的出现和发展。随着航空航天技术的发展和国防力量建设的需要，未来先进跨域飞行器必将呈现高智能化，来应对飞行环境的不确定性、应对故障的不确定性、应对干扰的不确定性和自身模型的不确定性。

飞行器气动布局设计本身具有基础性和全局性，在飞行器设计中最为重要同时也是最为困难、最具挑战性的环节之一，是总体、弹道、控制、结构、防热等系统设计的基础，对飞行器操纵性、航程、载荷、经济性、安全性等都具有重要影响。而低/亚声速宽域飞行器飞行包络宽、环境复杂多变，飞行流场以附着流、旋涡流为主要特征，气动外形设计与控制已成为低/亚声速宽域飞行器的关键技术之一。对于以特定巡航速度为设计点的飞行器气动外形，常见的气动布局与优化方法对飞行器性能的提升也将发挥至极致，而变形体飞行器因控制机构复杂、故障率高、维护困难、响应慢，限制了飞机载荷、外型、隐身等性能的提高。因此，为使单一固定布局飞行器在低/亚声速宽域飞行包络下始终具备优良飞行性能，亟需发展新型气动外形控制方法，实现飞行器在不同飞行环境下保持效率和性能最优，最大限度提升飞行性能。

目前以北约和英国BAE为代表的航空机构提出在飞行器上应用发动机引气射流控制技术，该方案存在一些不足：①从发动机引气会造成约5％的推力损失；②发动机自身故障停车，无控制面下通过发动机引流的射流控制技术将完全失效；③大迎角机动失速，也会引起发动机停车失控和射流控制系统失效；④引气射流控制受发动机影响大，机动起降无控制面控制难度大；⑤从发动机引流是高压气流，存在管路泄露风险；⑥引流管路路径较长，导致响应速度不高；⑦阀门较多，可靠性不足传统控制面的一半。

因此，亟需研究一种新的主动流动控制技术方案，美国DARPA已经开始布局主动流动控制技术应用于飞行器设计，为新一代飞行器研制积累技术优势。

发明内容

针对现有技术所存在的局限与不足，基于具有自主知识产权的合成双射流技术，本发明提供一种飞行器虚拟可变气动布局智能控制系统。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

飞行器虚拟可变气动布局智能控制系统，包括：

旋涡射流产生单元，用于产生旋涡射流，所产生的旋涡射流与飞行器飞行时产生的飞行流场相互作用，改变飞行器壁面附近流场的速度、压力分布和力矩特性，形成与飞行器壁面耦合的虚拟气动布局；

飞行流场监测单元，用于对飞行器飞行时产生的飞行流场的参数进行实时监测；

智能控制单元，根据飞行流场监测单元监测到的飞行流场参数，控制旋涡射流产生单元的工作，使其产生不同的旋涡射流，进而形成不同的虚拟气动布局，实现虚拟可变气动布局智能控制。

优选地，本发明上述方案应用于低/亚声速宽域飞行器，来应对低/亚声速宽域飞行器不同飞行环境、干扰流场以及气动模型，从而增强低/亚声速宽域飞行器的气动性能和飞行品质。