[发明专利]一种无铰式飞行器动态控制器

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体是一种飞行器动态控制装置。

背景技术

飞行器动态控制是对飞行器的飞行姿态如俯仰角，侧滑角和滚转角等的控制。目前较为成熟的控制方式有：气动舵面控制、燃气舵面控制和推力矢量控制。气动舵面控制是在机翼上设置副翼，依靠副翼面的偏转来达到控制目的。其优点是控制方便、灵活，缺点则在于需要在机翼上设置铰链，且需要有液压传动装置或电传动装置，因而整个机构复杂笨重。燃气舵面技术和推力矢量技术在火箭和导弹中应用得比较广泛，在一些作特殊机动飞行的战斗机中也有使用。燃气舵面控制的原理是，在高速喷流的燃气喷口下游设置舵面，通过舵面的偏转来达到改变飞行器的姿态。推力矢量则是直接通过燃气喷口的偏转来改变飞行器的飞行姿态。它们的共同缺点是燃油消耗量大，因而使用时受到一定限制。

Gurney襟翼是一种无铰式控制技术，其特征是在机翼尾缘粘有一块高度为0.5％～3％机翼弦长的Gurney板。Gurney板不仅可以对飞行器的飞行姿态进行控制，而且可以有效地增加机翼的升力，研究表明：当Gurney板高度为2％机翼弦长时，Gurney襟翼的气动效果为最佳。受Gurney襟翼的启发，近些年还发展了尾缘喷流技术，分别为引发动机气的喷流技术、带气罐的喷流技术和等离子体喷流技术。其中引发动机气的喷流技术是将发动机高温高压的燃气引至机翼尾缘，通过设置在尾缘的喷口喷出，通过调整喷口的角度和喷气量的大小来实现对飞行器的控制。但由于燃气温度较高，因此对沿程管道的材料有较高的要求，管道布置的复杂也使得其喷流能量的沿程损失很大，且燃气喷流也会造成额外的燃油负担。在飞行器上设置气罐是对引燃气技术的一种改进，其喷流的温度不会对管道提出柯刻的要求，因而其效果会好于前者。但在飞行器上设置笨重的气罐会增加飞行器的飞行重量，给机动飞行带来困难，且气罐所装的空气也是有限的，不能够满足长时间飞行的要求。针对这一问题，目前又有人提出了等离子体喷流的方法。等离子体喷流是一种无源喷流，其方法是在机翼尾缘安装电极，利用高压电极使尾缘附近的空气电离，电离了的气体再经过高压电场加速之后沿一定的方向喷射出去，达到气体喷流的目的。等离子体喷流的最大优点在于它是一种无源喷流，不用引发动机炽热的气体和背负沉重的气罐，避免了错综复杂的管道布置。但其缺点也很明显：将空气电离需要很高的电压，而且尾缘处尺寸很小，两电极之间的距离不足1mm，因此当空气湿度较大或飞行环境较恶劣时，两电极之间的空气可能会被击穿，使其应用受到很大限制。

合成射流(或称零质量射流)是一种全新的流动控制技术，通过合成射流技术可以有效地推迟翼型分离、延缓失速，从而达到提高升力，提高飞行性能的目。合成射流技术无需外界质量注入，因而能有效地减轻飞行器的重量。传统的合成射流致动器包括空腔，喷口和振动膜片，在电或磁或机械激励下，振动膜片发生上下运动，压缩腔内气体形成喷流，或扩张空腔体积形成吸气。该技术应用于飞行器无铰式控制的原理在于：改变合成射流器振动膜的振幅或激励频率的大小，便可改变合成射流器喷口气流速度的大小和频率，合成射流施加于周围的流场，对周围流场产生影响，从而改变作用于机翼上的气动力和力矩的大小，实现飞行器飞行姿态的调节。针对现有合成射流致动器效率低和喷口速度小的缺点，在公告号为CN100381710C的专利中公开了一种单膜双腔双口合成射流激励器，将振动膜振动能量双向利用，以提高能量利用率。在公告号为CN201057185Y的专利公开了一种高效合成射流激励器，通过改变“吹”和“吸”冲程的时间比来增强合成射流的效果。公开号为CN101718235A的发明中公开了一种双膜单腔单喷口合成射流致动器，该文献中，振动膜片可以获得更大的变形量，从而可以获得更大的喷流速度。但由于该类合成射流致动器空腔体积有限，即使在施加高频激励时也只能获得很小的速度，在飞行器作一般飞行时很难达到所需要的喷流动量系数。

发明内容

为了克服现有技术中存在的或者机构复杂笨重；或者燃油消耗量大；或者由于气罐容量限制，不能够满足长时间飞行的要求；或者采用等离子体喷流时，囿于飞行器尾缘处尺寸很小，易导致两电极之间的空气会被击穿的不足，本发明提出了一种无铰式飞行器动态控制器。