[发明专利]一种飞行器三轴姿态控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种飞行器三轴姿态控制系统及方法。该系统包括连续射流装置、环量控制装置和合成射流装置；所述连续射流装置设置在飞行器的机头位置；所述连续射流装置用于提供偏航姿态控制；所述环量控制装置设置在飞行器的机翼后缘内侧和外侧；所述环量控制装置用于提供增升及俯仰姿态控制和提供滚转姿态控制；所述合成射流装置设置在飞行器的两侧机翼前缘；所述合成射流装置用于通过对称激励提供增升及俯仰姿态控制，还用于通过非对称激励提供滚转姿态控制。本发明能够实现飞行器的姿态控制，并且提高飞行器的稳定性。

技术领域

本发明涉及飞行器控制领域，特别是涉及一种飞行器三轴姿态控制系统及方法。

背景技术

流动控制可以在不改变飞行器布局的基础上进一步提高飞行器气动性能、提高稳定性和操纵性，是航空航天前沿技术之一。流动控制按照有无能量输入，可分为主动和被动流动控制。其中，主动控制技术适用范围广、响应迅速、控制效率高，可实现瞬态、实时、精准控制，具有更大的技术优势。

主动流动控制技术包括连续射流、环量控制、合成射流等。连续射流和环量控制需要高压气源，在实践中，一般由高压储气瓶或者发动机提供；环量控制利用科恩达效应，增加机翼环量；合成射流由合成射流激励器产生，激励器一般由腔体和压电陶瓷片或活塞组成，通过压电陶瓷片的变形或活塞往复运动，改变腔体体积形成脉动射流。

目前飞行器气动力矩主要通过机械舵面实施控制，缺乏主动流动控制技术提供飞行器三轴力矩协同控制方案。常用的机械舵面控制方案有襟翼、副翼、升降舵和方向舵等，对于无尾布局飞行器还包括前缘襟翼、嵌入式阻力舵、全动翼尖、俯仰襟翼和滚转副翼等。机械舵面在偏转作动时，会增大雷达散射面积，不利于隐身，同时也会引入额外的阻力。在大攻角下，位于机翼后面的舵面处于分离区，舵效降低甚至失效，造成控制能力不足，降低飞行器的机动性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞行器三轴姿态控制系统及方法，能够实现飞行器的姿态控制，并且提高飞行器的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞行器三轴姿态控制系统，包括：连续射流装置、环量控制装置和合成射流装置；

所述连续射流装置设置在飞行器的机头位置；所述连续射流装置用于提供偏航姿态控制；

所述环量控制装置设置在飞行器的机翼后缘内侧和外侧；所述环量控制装置用于提供增升及俯仰姿态控制和提供滚转姿态控制；

所述合成射流装置设置在飞行器的两侧机翼前缘；所述合成射流装置用于超过攻角阈值时开启，与连续射流装置、环量控制装置进行协同控制，控制流动分离改善流动状态，进行偏航姿态、俯仰姿态、滚转姿态控制；通过对称激励提供增升及俯仰姿态控制，所述合成射流装置还用于通过非对称激励提供滚转姿态控制。

可选地，所述连续射流装置从发动机或高压储气瓶引气，气流经由管路、截止阀、降压阀、流量控制器以及最后到矩形射流出口。

可选地，所述环量控制装置从发动机或高压储气瓶引气，气流经由管路、截止阀、降压阀、流量控制器以及最后流过外侧喷口或内侧形成射流。

可选地，所述合成射流装置包括合成射流激励器和驱动装置。

可选地，所述合成射流激励器包括：腔体、压电陶瓷片、垫圈、导线孔、压电陶瓷片放置槽、矩形射流出口、螺丝孔位和螺母孔位；

压电陶瓷片和腔体构成一个空间；利用压电陶瓷片的变形振动，对所述空间进行往复压缩扩张，形成合成射流。

可选地，所述驱动装置包括：信号发生器和功率放大器。

一种飞行器三轴姿态控制方法，包括：

判断当前攻角是否超过攻角阈值；