[发明专利]一种基于矢量推力无人机喷管控制逻辑设计方法

说明书

本发明公开了一种基于矢量推力无人机喷管控制逻辑设计方法，属于无人机飞行控制技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、矢量喷管试验安装；b、矢量喷管仿真建模；c、矢量偏转仿真；d、矢量喷管控制验证，包括仿真验证和飞行验证，仿真验证是指在仿真环境中给无人机六自由度模型输入发动机矢量偏角，分析在同一飞行高度下升降舵的配平舵偏量的变化；飞行验证是指当无人机飞行到直线航点之间时，地面站发送遥控指令控制矢量喷管偏转，观察无人机姿态的变化以及舵偏量的变化。本发明采用矢量推力发动机产生额外的力矩去补偿操纵面的舵效，通过气动舵面和推力矢量的共同作用能够实现飞翼布局无人机的稳定和机动动作，适用性好。

技术领域

本发明涉及到无人机飞行控制技术领域，尤其涉及一种基于矢量推力无人机喷管控制逻辑设计方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，各种新型无人机层出不穷。近年来，各类新型无人机逐渐得到关注，飞翼布局无人机成为了重点研究对象。此外，随着推力矢量技术在有人战斗机上大放异彩，无人机上应用推力矢量技术也成为可能，从而促进了推力矢量无人机的发展。

飞翼布局无人机没有传统布局无人机的桶状机身，它的装载区完全浸没在巨大的机翼内，因此其外形按照气动最优的条件进行设计，整个机体都成为一个升力面，同时去除了平尾、垂尾外形突起部件，有效降低了浸润面积，有助于阻力的减少，大大提高了升阻比，飞翼布局无人机有着传统无人机无可替代的巨大优势。

飞翼布局无人机相对常规布局无人机存在俯仰通道操纵效率较低的问题，利用矢量推力提供附加的俯仰操纵力矩和升力，可以大大改善飞翼布局无人机的飞行性能。气动舵面和推力矢量提供了控制冗余，如何优化调度进行合理的控制分配也给系统设计带来重大挑战。

公开号为CN 112158325A，公开日为2021年01月01日的中国专利文献公开了一种尾座式垂直起降无人机及其控制方法，所述无人机主要由机身、机翼、副翼、尾翼、升降舵、方向舵、发动机、调姿喷管和起落架构成，所述机翼对称设置于机身中部两侧；副翼铰接于两侧机翼后缘；所述尾翼位于机身尾部，采用垂尾和平尾，或V形尾翼的形式；升降舵和方向舵铰接于尾翼后缘；所述发动机设置于机身尾部，产生主要的推力；所述调姿喷管分布在机身前部的外表面，可向外喷气，产生旋转力矩以辅助调整无人机姿态；所述起落架设置于机身尾部，可自动折叠与展开，用于支撑无人机，以实现其垂直起降。

该专利文献公开的尾座式垂直起降无人机及其控制方法，可以通过调姿喷管、发动机、气动舵面和起落架之间的协调控制，实现尾座式垂直起降和高速巡航。但是，针对飞翼布局无人机，不能有效补偿操纵面的舵效，因而飞翼布局无人机的稳定性和机动动作欠佳，适用性差。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于矢量推力无人机喷管控制逻辑设计方法，本发明采用矢量推力发动机产生额外的力矩去补偿操纵面的舵效，通过气动舵面和推力矢量的共同作用能够实现飞翼布局无人机的稳定和机动动作，适用性好。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于矢量推力无人机喷管控制逻辑设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、矢量喷管试验安装

在发动机尾喷管的俯仰通道加装矢量喷管，矢量喷管通过连杆机构连接舵机摇臂，通过PWM控制舵机实现尾喷管的上下偏转；

b、矢量喷管仿真建模

在发动机模型基础上增加尾喷管偏转操纵机构，尾喷管偏转操纵机构用于控制尾喷管纵向运动；

c、矢量偏转仿真

当无人机飞到某两个直线航路点之间时，由地面站直接发送喷管偏转角度，喷管偏转角度转动方向为纵向，角度范围为±15°，建立发动机矢量喷管控制动力学模型；

d、矢量喷管控制验证