[发明专利]一种eVTOL飞机舵面负载模拟试验方法

权利要求书

1.一种eVTOL飞机舵面负载模拟试验方法，其特征在于，包括：

(1)构建eVTOL飞机舵面负载模拟试验所需要的试验环境；所述试验环境的组成包括真实EVTOL飞机的飞控舵面系统、实时仿真计算平台和基于PLC控制器的扭矩模拟系统；

所述真实EVTOL飞机的飞控舵面系统包括飞控计算机、舵面驱动电机、飞机舵面与活动铰链，所述飞控计算机通过接收控制指令，向舵面驱动电机发送控制指令，舵面驱动电机接收指令后通过摇臂与活动铰链控制飞机舵面的上下翻转；

所述实时仿真计算平台包括设备硬件与实时仿真平台软件，所述设备硬件包括上位工作站、下位工控机、机载设备输入输出的总线接口板卡、方向杆、加速杆和反射内存网络；所述实时仿真平台软件包括实时仿真软件、飞机本体模型、飞行模型和负载模拟控制模型，所述实时仿真软件基于下位工控机的实时操作系统，上位工作站实时仿真前端软件提供仿真模型的导入与配置下发、仿真运行的控制、数据监控与记录功能；飞机本体模型提供EVTOL飞机的基本参数；飞行模型提供EVTOL飞机在飞行过程中飞机外围传感器信号的仿真；负载模拟控制模型提供对舵面负载模拟系统的控制输入；

所述基于PLC控制器的扭矩模拟系统包括阻尼电机、力矩传感器、角度传感器和PLC控制系统，所述阻尼电机与力矩传感器通过机械连杆与被测飞机舵面的活动铰链进行连接；所述PLC控制系统包括PLC控制器和信号放大模块，PLC控制器通过信号线与实时仿真计算平台的下位工控机的负载控制接口板卡、信号放大器与扭矩传感器进行交联；PLC控制器提供对模拟负载控制指令的接收并转换成阻尼电机运行的控制指令，同时提供对力矩传感器采集的反馈信号进行处理上传；信号放大模块通过信号线连接阻尼电机，PLC控制器的控制指令通过信号放大后给阻尼电机提供控制输入；力矩传感器对连杆上所收到的扭力信息进行采集并上传至PLC控制系统；角度传感器安装在飞机舵面上，测量舵面活动过程中的舵面响应变化，通过信号线接至实时仿真平台下的总线接口板卡，提供实际飞行舵面的响应。

(2)在上位计算机的控制界面，通过模型配置页面加载飞机本体模型、飞机模型、负载控制模型，在模型监控页面控制模型的运行状态；加载完毕后，点击监控页面模型冻结按钮解冻模型；

(3)飞机模型处于地面状态，控制操纵组件检查舵机与飞行模型速度的响应正常，仿真模型运行正常；

(4)通过操控组件对飞机模型进行飞行控制；由于EVTOL飞机的起飞与着陆均采用的是旋翼，因此在起飞着陆阶段时，飞机舵面基本未受到气动载荷，舵面负载模拟系统不工作；当飞机开始进行水平加速转换成固定翼模式阶段，该阶段下飞机处于匀加速状态，襟翼舵面放下固定角度，因此飞机舵面的活动铰链所受阻尼随空气阻力的影响逐渐增大，飞机模型通过对输出飞机的速度与气动阻力的数据给负载控制模型，经负载控制模型计算后向PLC控制系统发送控制指令，驱动阻尼电机开始对飞机舵面的活动铰链施加扭矩，并由力矩传感器反馈实际连杆所受阻尼状态进行阻尼电机的输出修正，模拟加速阶段下的舵面负载，从而验证EVTOL飞机襟翼响应与运动品质；控制飞机处于爬升阶段，针对EVTOL飞机升降舵进行负载模拟试验，验证EVTOL飞机升降舵响应与运动品质；控制飞机处于巡航阶段并向左或向右绕圈飞行，针对EVTOL飞机副翼及方向舵进行负载模拟试验，验证EVTOL飞机副翼及方向舵响应与运动品质；

(5)通过地面环境下的舵面模拟负载试验，比对采集的角度传感器信号与飞控舵面系统的反馈结果，计算出不同扭力与飞机舵面角度的比例曲线，验证特性曲线与设计预期的关系；并通过飞行仿真过程中收集的控制与舵面响应数据，分析并完成对EVTOL飞机的控制律、动态性能、控制精度功能的验证。

2.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机舵面负载模拟试验方法，其特征在于：所述(1)中上位工作站为一台高处理性能的台式工作站，配备有反射内存板卡与USB接口，用于接入反射内存网络与方向杆、加速杆；主要提供实时仿真计算平台的人机交互界面，能支持试验人员对模拟负载的仿真进行控制、数据监控与数据记录的功能。

3.根据权利要求2所述的一种eVTOL飞机舵面负载模拟试验方法，其特征在于：所述(1)中下位工控机包括工控机箱与控制器，提供实时仿真运行的基础环境，提供基于VxWorks实时操作系统的实时仿真软件部署。