[發明專利]基于風洞虛擬飛行的戰斗機Herbst機動模擬方法及其裝置

有效

• 申請號: 201110207826.1
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102313640A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 鄧學鎣;王延奎;武廣興;田偉;馬寶峰;李巖
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種模擬戰斗機Herbst機動動作的方法及裝置，主要用于風洞實驗研究，屬于航空航天技術領域。

背景技術

隨著航空科技的快速發展，戰斗機高機動性的要求日趨強烈。現在，高機動性已經是新一代戰機所必需滿足的主要技術指標之一。而目前比較有名且具備實用意義的大迎角過失速機動戰術動作有“眼鏡蛇”機動、柯比特機動(Kulbit)、鐘擺機動(Bell)、赫布斯特機動(Herbst)等等。其中，Herbst機動力圖以最小半徑、最快速度改變機頭指向，從而使飛機迅速占據有利位置或迅速將機身指向目標，在空戰中獲得戰術優勢，是非常有代表性的機動。

Herbst機動是以最早提出過失速機動概念的德國人Wolfgang?Herbst命名的。該機動如圖1所示，飛機以0.5馬赫數或更高速度進入(過程a)，急拉桿使迎角快速增加并降低飛行速度，直到超過失速迎角(過程b)，再繞速度矢量滾轉到一個新的飛行方向(過程c)，推桿使飛機低頭卸載并加速(過程d)，從而通過減小轉彎半徑的方式實現快速調頭的目的。

由于該機動過程的復雜性，目前國內外關于Herbst機動的研究非常少。而對于這類復雜空氣動力學問題，較常用的研究手段是風洞實驗，但在國內風洞中尚未見到可開展Herbst機動過程飛機氣動特性研究的實驗方法與裝置。

基于目前空中戰術對戰斗機高機動性的急切需求以及國內外Herbst機動研究的空白現狀，有必要率先發展Herbst機動的模擬方法及其裝置，以便開展現代飛行器高機動性的風洞實驗研究。

發明內容

本發明提出一種模擬Herbst機動動作的方法與裝置，其目的是：針對上述論述的Herbst機動研究的空白現狀，結合測壓、測力以及PIV實驗技術，建立一個可以在風洞中開展Herbst機動過程飛機氣動特性研究的實驗平臺，為現代戰斗機戰術動作的發展提供重要的研究平臺和技術手段。

本發明是一種基于風洞虛擬飛行的戰斗機Herbst機動模擬方法及其裝置，其模擬方法主要包括：裝置制作與準備，系統控制方法，同步測量方法；其模擬裝置主要包括：快速拉起系統1(圖2)，圓錐運動(繞速度矢量滾轉運動)系統3(圖2)，搖滾支桿3.11(圖5)。詳細闡述如下：

本發明是一種基于風洞虛擬飛行的戰斗機Herbst模擬方法，其步驟如下：

1、裝置制作與準備

(1)快速拉起系統1的設計制作。伺服電機1.1驅動拉起系統主軸1.5，主軸與搖臂2相連，如圖3所示，該系統可完成由電機控制的快速拉起過程。

(2)圓錐運動系統3的設計制作。伺服電機3.7驅動圓弧導軌3.10旋轉，在圓錐運動過程中，導線的引出通過引電滑環3.4實現，如圖4所示。該系統可完成由電機控制的圓錐運動過程。

(3)搖滾支桿3.11的設計制作。模型與支桿主軸3.11.4直接相連，支桿主軸3.11.4另一端通過聯軸節3.11.2可與外部電機3.14及減速器3.13相連，如圖5所示。支座3.11.1通過套筒3.12與圓弧導軌3.10相連。該系統方便了模型滾轉姿態的調整。

(4)為使模型在整個Herbst機動過程中，其參考中心與風洞沒有相對移動，整個系統在尺寸上務必滿足拉起軸線、圓錐運動軸線以及模型自身體軸相交于模型參考中心，如圖2所示。

2、系統控制方法

(1)模型初始姿態調整。將模型固定于支桿3.11上，改變圓弧導軌3.10在圓弧支撐座3.9中的位置，可以調節圓錐運動迎角(支桿軸線與圓錐運動軸線的夾角)，本實例預設圓錐運動迎角為70°(如圖4所示)，再通過銷釘孔將圓弧導軌3.10與圓弧支撐座3.9固定。通過搖臂2將圓錐運動系統3與快速拉起系統1相連，控制圓錐運動伺服電機3.7使圓弧導軌平面與橫梁3.2垂直，控制快速拉起伺服電機1.1使模型與來流風速平行，即模型攻角為0。控制搖滾支桿伺服電機3.14使模型縱向對稱面與拉起運動軸線垂直。

(2)Herbst機動動作模擬。Herbst機動過程為飛機快速拉起直到超過失速迎角，繼續繞風軸滾轉180°，然后低頭將攻角降為0°。按此過程可預設模型姿態角隨時間的變化規律，進而轉換為各驅動電機所發的脈沖數量隨時間的變化規律，將此脈沖時序指令通過板卡發送到伺服電機驅動器上，從而驅動電機按此脈沖指令運行使模型完成Herbst機動的模擬過程。Herbst機動過程的速度調節只需修改預設模型姿態角隨時間的變化規律，轉化為脈沖時序指令發送到伺服電機驅動器即可。

3、同步測量方法