[发明专利]用于控制航空器的方法和航空器(变型)

说明书

一种具有多桁杆设计的航空器包括至少一个机翼和横向于机翼安装的三个桁杆。机翼被安装在桁杆上，使得机翼的至少一部分能够绕基本上沿机翼延展的轴线旋转。一种用于控制航空器机翼的几何扭转的系统，其包括：用于确定机翼的优化形状的模块；用于测量至少一个机翼的变形的装置；分析模块，其能够从用于测量至少一个机翼的变形的装置接收数据，并基于所述数据确定机翼的当前形状，以及将机翼的当前形状与通过用于确定机翼优化形状的模块所确定的机翼的优化形状进行比较，并根据该比较结果来决定关于对调整机翼攻角的分布的需要，以及向致动模块发送命令以致动至少一个致动机构；以及能够致动至少一个致动机构的致动模块，使得由于空气动力学的力的重新分布，机翼的当前形状达到优化。结果是提高了航空器的效率。

发明领域

本发明涉及用于控制使用机翼来生成升力的多桁杆航空器的方法，涉及改变这样的航空器的机翼几何扭转的方法，以及涉及这样的航空器的设计。

背景技术

航空器的关键参数之一是升阻比，即由机翼生成的升力量除以机翼以给定攻角所产生的阻力。升阻比会影响航空器的性能，诸如滑行范围、飞行范围、和续航、燃料消耗、爬升性能等。

机翼展弦比越大，升阻比就增加得越多。因此，可以通过尽可能地增大机翼展弦比来增加航空器的升阻比，从而提高航空器性能。

机翼展弦比对于将航空器用作所谓的大气卫星(大气卫星、伪卫星)具有主要作用。这些是具有长飞行续航的高空航空器(高空长续航，HALE)。预计大气卫星将适合于执行任务诸如收集气象数据、通信(中继器)、绘图、防御任务等。要执行这些任务，大气卫星必须飞行达至少若干周，优选地若干月甚至若干年。

当前，预计大气卫星将由太阳能电池板提供动力。其上可以安装太阳能电池板的航空器表面面积越大，航空器接收到的能量就越多，并且航空器执行指定功能的时间就越长。航空器使用在太阳辐射可用期间产生的能量，首先用于为电动机、控制系统和有效载荷提供动力，并且其次用于在所谓的缓冲电池中积累能量。当太阳辐射不可用时，航空器便可以使用缓冲电池中积累的能量。为了在太阳辐射不可用的周期期间节省能量，大气卫星可以启用滑行模式(其发动机关闭)，在这种模式下，能量消耗将仅用于控制系统和有效载荷(传感器、中继器等)的运行。

这就是为什么大气卫星的机翼展弦比很高，首先，它提供了优化可行的升阻比，并且其次，它允许制造大表面面积的机翼，以便在其上安装尽可能多的太阳能电池板(光伏电池板)。

在运行中，航空器机翼暴露于载荷，并发生弯曲和扭曲变形。按照经典的空气动力学布置，当质量集中在中心并且承载表面被对称布置时，弯曲力矩由沿机翼的整个长度延伸的载荷承载元件——翼梁——来承担。蒙皮保护机翼免受扭曲变形的影响。当根据经典的空气动力学布置而制造的航空器的重量与线性尺寸的三次方成比例地增加时，在机翼展弦比的某个阈值处，航空器被破坏。

在1920年代提出了一种方案，在理论上可以将机翼展弦比增大最高至任何期望值。发明人在他的专利GB172980中提出了一种巨型航空器的构造，该巨型航空器的机翼具有超高机翼展弦比，并与多个机身相连接。这样的航空器的所有载荷——包括航空器空载重量、装载货物的重量和所有发动机的重量——据推测均沿翼展较均匀地分布，使得在飞行中，作用在机翼上的载荷沿翼展均匀地分布。升降舵被布置在机身端部处。像升降舵一样，发动机螺旋桨应该被布置在机翼的前方或后方，或者以交替的方式布置。因此，航空器呈现为通过刚性联结而机械地相互连接的多个航空器。根据发明人，这样的布置使弯曲和扭曲变形最小化并提供期望的机翼展弦比。然而，如果这样的航空器的机翼是刚性的，则由于空气动力干扰而产生的飞行中载荷会引起航空器的破坏。

为了应对由于超出可接受变形的阈值而造成的航空器破坏的问题，建议使用自适应柔性承载表面(变形结构)，诸如例如在US20110038727中公开的。预计这样的机翼可以响应于环境状况来进行自适应变形。这样的机翼包括驱动可移动框架部件和/或弹性复合材料。这个构造的缺点是要使用的材料强度不足以及制造和控制的复杂性。