[发明专利]一种利用鳍翼调整片状机身航空器航行姿态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用鳍翼调整片状机身航空器航行姿态的方法，属于航空技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就目前已经达到的技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

新型垂直起降航空器采用片状机身以后可以解决垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾，将成为垂直起降航空器新的发展方向。但是，片状机身的特殊结构又给航空器的姿态控制带来一些新的问题，主要表现为：（1）片状特性。片状机身的特殊结构要求控制机构同样具备片状的特性。（2）控制力矩大。相对于现有的航空器，片状机身的特殊结构提高了片状机航空器在纵横两个方向的稳定性，因此需要的俯仰力矩和偏航力矩更大。（3）兼容性。姿态控制机构需要同样能够兼容垂直起降和水平飞行两种飞行工况的要求。（4）协调性。片状机航空器具有内在飞行机理协调的优点，姿态控制机构只能彰显这些优点，不能破坏协调性。（5）扭矩平衡。片状机航空器采用旋翼垂直起降，需要再悬停阶段具备扭矩平衡能力，而水平飞行则无此要求。因此需要设计出一个有效可靠的临时性扭矩平衡控制机构。（6）可靠性。片状机航空器解耦了相互制约的飞行要求，具有简单可靠的优点，姿态控制机构只能彰显这些优点，不能破坏。（7）直观性。片状机航空器要求姿态控制机构简便易行、控制效果直观易得。（8）准确性。片状机航空器要求姿态控制机构的指向明确，能够精准控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服片状航空器飞行速度较低带来的飞行姿态控制中低流速空气动力不足的问题和片状机身给航空器的姿态控制带来控制力矩增大等问题，提出一种利用鳍翼调整片状机身航空器航行姿态的方法，在不破坏片状机身空气动力特性的前提下实现片状航空器飞行状态的有效控制。

为解决上述技术问题，本发明提出一种利用鳍翼调整片状机身航空器航行姿态的方法，以高宽比和长宽比均≥2的片状机身的航空器为对象，在航空器的片状机身上安装一个或多个大面积片状鳍翼，通过转动鳍翼改变鳍翼与气流的相对运动状态产生作用力或通过改变鳍翼的组合状态产生力矩，使鳍翼产生的力或力矩施加于片状机身，控制航空器的航行姿态。鳍翼的安装数量根据实际需要确定。作为优选，所述片状机身的高宽比和长宽比均为3-10。

所述鳍翼有鳍翼轴，鳍翼可以鳍翼轴为轴心转动，从而获得航空器姿态调整需要的辅助力矩，助力片状机身航空器航行姿态的调整。鳍翼的转动可由独立动力提供，如专设操控电机等，也可以人力驱动以备故障迫降之需。

所述鳍翼可以收平与片状机身形成一体，可采用常规收放机构（结构）实现，如铰接折叠结构等。

所述鳍翼为大面积片状结构，利用鳍翼的大面积翼面在低速飞行中产生足够空气动力，控制航空器的航行姿态。鳍翼的具体面积根据实际需要具体确定，满足在低速飞行中能够产生足够的空气动力而调整航空器的航行姿态即可。

所述鳍翼可以前后成对使用或上下成对使用，前后成对使用时尽量拉开距离，即在机身范围内尽量拉开距离，具体根据实际需要确定，以产生足够的力矩控制航空器的航行姿态。

所述鳍翼在片状机身上的安装位置不受限制，可设置于片状机身的头部、背部、腹部、尾部、腰部，鳍翼设于腹部或腰部时主要调整片状机身航空器俯仰姿态，鳍翼设于头部或尾部时主要调整片状机身航空器水平偏转姿态，鳍翼设于背部时主要调整片状机身航空器横向平移姿态。较其他航空器而言，在片状机身上安装片状鳍翼的位置限制因素要少得多。

所述鳍翼采用大面积钢性薄壁结构，鳍翼轮廓线为流线型，以尽量减少断面的气流阻力。鳍翼表面一般为连续平面，或采用飞机翼型的气动曲面，以使流过其表面的气流保持连续流动，满足空气动力调整需求。

本发明用于俯仰控制的鳍翼工作时其翼面不与片状机身同处于一个平面，而是与片状机身的平面垂直相交；当用于俯仰控制的鳍翼不工作时，可以顺应气流自然下反或直接收合进入片状机身平面，以尽量减少其对航空器的不良影响。