[发明专利]一种地面飞行控制试验装置及地面飞行控制试验方法

权利要求书

1.一种地面飞行控制试验装置，用于硬式空中加油装置地面运动控制试验模拟，硬式空中加油装置包括俯仰转轴(8)、横滚转轴(9)、伸缩管本体(5)、方向舵(6)、升降舵(7)，所述伸缩管本体(5)上设置有地面试验挂点，其特征在于，所述地面飞行控制试验装置包括：

第一液压马达组件，所述第一液压马达组件通过绳索与所述伸缩管本体(5)上的地面试验挂点连接；

第二液压马达组件，所述第二液压马达组件通过绳索与所述伸缩管本体(5)上的地面试验挂点连接；

测控计算机，所述测控计算机分别与所述第一液压马达组件与所述第二液压马达组件连接；其中，

所述第一液压马达组件与所述第二液压马达组件配合，能够控制所述伸缩管本体(5)姿态调整，并将伸缩管本体(5)的姿态角度信号传递给所述测控计算机；

所述测控计算机用于与所述第一液压马达组件与所述第二液压马达组件通讯，并根据所述测控计算机仿真计算出的角度信号控制所述第一液压马达组件和所述第二液压马达组件工作。

2.如权利要求1所述的地面飞行控制试验装置，其特征在于，所述地面飞行控制试验装置进一步包括试验台架，所述第一液压马达组件与所述第二液压马达组件设置在所述试验台架上。

3.如权利要求2所述的地面飞行控制试验装置，其特征在于,所述第一液压马达组件包括：第一液压马达-绞轮(1)、第一滑轮(3)、俯仰角度传感器和横滚角度传感器，所述第一液压马达-绞轮(1)具有输出端，所述绳索一端与所述第一液压马达-绞轮(1)的输出端连接，另一端穿过所述第一滑轮(3)与所述地面试验挂点连接；所述俯仰角度传感器设置在所述俯仰转轴(8)上，所述横滚角度传感器设置在所述横滚转轴(9)上；

所述第二液压马达组件包括：第二液压马达-绞轮(4)、第二滑轮(5)，所述第二液压马达-绞轮(4)具有输出端，所述绳索一端与所述第二液压马达-绞轮(4)的输出端连接，另一端穿过所述第二滑轮(5)与所述地面试验挂点连接。

4.如权利要求1所述的地面飞行控制试验装置，其特征在于,所述第一液压马达组件与所述第二液压马达组件相对于所述伸缩管本体(5)中间对称面对称布置。

5.如权利要求3所述的地面飞行控制试验装置，其特征在于,所述第一滑轮(2)与所述第二滑轮(3)与试验台架间为球副铰接。

6.一种地面飞行控制试验方法，用于如权利要求1至5中任意一项所述的地面飞行控制试验装置，其特征在于，所述地面飞行控制试验方法包括如下步骤：

步骤1：设定硬式空中加油装置的方向舵面积S₁、升降舵面积S₂、方向舵升力系数C_L1特性曲线、方向舵阻力系数C_D1特性曲线、升降舵升力系数C_L2特性曲线、升降舵阻力系数C_D2特性曲线、重心距转动关节的距离Lg、升力作用点距转动关节的距离L、重力大小G、加油机与气流的相对飞行速度V；

步骤2：设定硬式空中加油装置的升降舵偏角η和方向舵偏角γ；

步骤3：设定升降舵偏角η与手柄升降控制信号V₁的关系函数η＝k₁₁V₁+k₁₂，方向舵偏角γ与手柄升降控制信号V₂的关系函数γ＝k₂₁V₂+k₂₂；

步骤4：设定第一液压马达组件的编码器输出信号V₃与第一液压马达组件连接的绳索长度L₁的线性关系函数；L₁＝k₃₁V₃+k₃₂，第二液压马达组件的编码器输出信号V₄与第二液压马达组件连接的绳索长度L₂的线性关系函数；L₂＝k₄₁V₄+k₄₂；

步骤5：获得升降舵和方向舵在不同俯仰角α、滚转角β、方向舵偏角γ、升降舵偏角η的各舵面产生立的升力和阻力大小；其中，

方向舵升力F₁计算公式：

F₁＝ρ(Vcos(α-η))²S₁C_L1/2

方向舵阻力F₂计算公式：

F₂＝ρ(Vcos(α-η))²S₁C_D1/2

升降舵升力F₃计算公式：

F₃＝ρ(Vcosα)²S₁C_L2/2

升降舵阻力F₄计算公式：

F₄＝ρ(Vcosα)²S₁C_D2/2

步骤6：以飞机机体坐标系为全局计算坐标系，确定升降舵和方向舵升力和阻力在各坐标轴上的分力F_X、F_Y、F_Z，建立力矩平衡方程,求得加油装置应有的平衡位置姿态角(α，β)；

俯仰力矩平衡方程：

GLgcosα+F_Z Lcosα-F_XLsinα＝0

滚转力矩平衡方程：

F_Y Lcosα-GLgLsinαsinβ＝0

步骤7：以运动关节为原点建立直角坐标系，第一滑轮在该直角坐标系中的坐标位置为(X1,Y1,Z1)，第二滑轮在该直角坐标系中的坐标位置为(X2,Y2,Z2)，地面试验挂点的坐标为(X0,Y0,Z0)，形成如下几何关系；

X0＝-Lcosα

Y0＝Lsinαsinβ

Z0＝Lsinαcosβ

L²₁＝(X1-X0)²+(Y1-Y0)²+(Z1-Z0)²

L²₂＝(X2-X0)²+(Y2-Y0)²+(Z2-Z0)²

步骤8：加油员操作舵面控制手柄，测控计算机经通讯线缆将升降舵和方向舵的偏转角信息传送至力矩平衡方程，经方程计算得出加油装置平衡位置姿态角(α，β)，由公式计算得出左侧绳索长度L₁和右侧绳索长度L₂；

步骤9：以左侧绳索长度L₁和右侧绳索长度L₂为目标控制量，左右液压马达驱动绳索运动直至实测L₁和L₂达到目标值，而加油装置也同时运动至平衡位置姿态角(α，β)；

步骤10：循环实现步骤8至步骤9，舵面控制手柄动作则硬式空中加油装置由当前位置运动至相应平衡位置完成相应平衡位置姿态角(α，β)。