[发明专利]垂直稳定器和舵的主动流控制

说明书

背景技术

常规商业飞行器被设计为具有垂直尾翼，垂直尾翼用于在偏航轴线上提供稳定性。飞行器的垂直尾翼可包括固定的垂直稳定器和可移动舵，所述可移动舵被铰接在垂直稳定器的尾缘处。在正常飞行运行期间，垂直尾翼提供允许驾驶员适当地调准并且保持控制飞行器的力。驾驶员能够通过使舵转向加大由垂直尾翼产生的力，进而在飞行器上提供期望的偏航力矩。垂直尾翼的尺寸根据所设计的飞行包线确定，在设计的飞行包线中，飞行器将以必要的力运行以保持受控制的飞行处于所述包线的边界内。例如，在例如发动机失效或者极高侧风的紧急情况下，由垂直尾翼产生用以保持控制飞行器所需的力可以是最大的。在飞行器设计期间，这种力被计算并且垂直尾翼被相应地定尺寸，从而在期望飞行包线的边界处发生那些紧急情况或飞行运行的情况下保证产生这种力的能力。

然而，随着垂直尾翼尺寸的加大，飞行器相应的重量也增加，由垂直尾翼产生的阻力大小也增加。随着重量和阻力的增大，制造和运行这种飞行器的成本也增大。即使在正常飞行期间为保持稳定性需要由飞行器垂直尾翼产生的力允许减小常规垂直尾翼的尺寸，由于准备好在所设计的飞行包线的边缘处运行的需要，减小垂直尾翼的尺寸也是不可行的。

本文关于这些因素和其他方面，描述了此处所作出的公开。

发明内容

应该理解提供本发明内容以简化形式介绍了构思方案的选择，并且下面在具体实施方式中进一步描述。本发明内容并不意图用来限制所要求保护的主题的范围。

本文描述了提供主动流控制系统的系统和方法，主动流控制系统用来控制飞行器垂直控制表面上的空气流。利用此处所描述的构思，由飞行器的垂直尾翼产生的力能够被选择性地增加并且当在整个所设计的飞行包线上保持偏航控制飞行器时，允许垂直尾翼的尺寸和相应重量与常规飞行器尾翼相比明显地降低。

根据本发明提供的一个方面，主动流控制系统包括垂直控制表面、一个或更多个主动流控制致动器，和致动器控制系统。主动流控制致动器被安装在垂直控制表面上或其内，并且当被启动时，改变表面上空气流的一个或更多个特征。致动器控制系统检测期望空气流致动的流控制事件。响应于事件的检测，致动器控制系统启动流控制致动器以控制空气流。

根据另一方面，控制飞行器垂直控制表面上的空气流的方法包括检测与表面相关的流控制事件。响应于流控制事件的检测，一个或更多个主动流控制致动器被启动。主动流控制致动器与环境空气流相互作用，从而在空气流经过垂直控制表面上时将其改变。

根据又一方面，用于控制飞行器的垂直控制表面上的空气流的主动流控制系统包括垂直控制表面、若干个主动流控制致动器和致动器控制系统。主动流控制致动器被安装在若干个区域内的垂直控制表面内。当被启动时，主动流控制致动器改变空气流的流特征。致动器控制系统被连接至致动器并且包括若干个传感器和一个控制器。这些传感器收集关于流控制事件的数据。控制器利用所收集的数据来检测流控制事件。在检测事件之后，控制器识别要启动的致动器的总数的子集。该子集对应于这样的区域，该区域中成员致动器的启动响应于流控制事件在控制空气流中是有效的。控制器启动所识别的区域或致动器子集内的致动器。

已经讨论的特征、功能和优点可通过本公开的各种实施例独立地实现或者在其他实施例中被组合，其进一步的细节能够参考下面描述和附图看出。

一种控制飞行器垂直控制表面上的空气流的主动流控制系统，其包括：

垂直控制表面；

至少一个主动流控制致动器，所述主动流控制致动器接合所述垂直控制表面，并且当被启动时运行以改变所述垂直控制表面上的空气流的流特征；以及

通信地连接至所述至少一个主动流控制致动器的致动器控制系统，所述致动器控制系统运行以检测流控制事件，并且响应于检测所述流控制事件启动所述至少一个主动流控制致动器。

所述系统，其中所述至少一个主动流控制致动器包括合成射流致动器、扫射流致动器、挡板或者主动涡流产生器。

所述系统，其中所述至少一个主动流控制致动器包括定位在所述垂直控制表面的多个区域内的多个主动流控制致动器，并且其中所述致动器控制系统能够进一步运行以根据区域从属关系启动所述多个主动流控制致动器。

所述系统，其中所述多个区域被从所述垂直控制表面邻接飞行器机身的根部顺序地垂直地排列至与所述根部相反的所述垂直控制表面的顶部。