[發明專利]基于翼間氣柵系統的大迎角飛行氣流分離控制方法

有效

• 申請號: 201310410472.X
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103552683A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 劉嘉;向錦武;胡國才;張穎;任毅如;孫陽;劉勇;趙志堅;肖楚琬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空工程學院
• 主分類號: B64C9/00
• 分類號: B64C9/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

技術領域

本發明屬于飛行器設計技術領域，涉及一種大迎角飛行氣流分離控制方法，通過在機翼內部設置可偏轉氣柵隔板，影響機翼表面及內部氣流流動，從而達到延緩失速、提供側向力的目的。

背景技術

大迎角飛行機動能力是新一代飛行器設計基本要求之一。而大迎角機動飛行面臨的首要問題就是氣流分離引起的升阻比突降，即“失速”問題。如何延緩或控制氣流分離一直是空氣動力學領域研究熱點。目前采取的方法和技術主要有“前緣襟翼”、“前置鴨翼”、“翼身邊條”、設置“腹鰭”、“非對稱渦單孔位微吹氣”、“翼面吹氣”、“通過轉涙絲控制邊界層轉涙”等方法。上述方法都有些已在工程上實現，有些仍處于進行理論研究階段，實踐和理論證明上述方法均可在一定程度上改善飛行器大迎角飛行能力。但上述方法仍存在一些缺點和不足，具體表現在：

（1）大迎角飛行時，上述方法均無法避免垂尾進入機身氣流分離區，造成垂尾操縱效率降低，進而影響飛行器姿態改變能力；

（2）迎角超過一定范圍后，現有方法對氣流分離控制效果不理想。

因此，有必要提供一種新的大迎角飛行氣流控制方法，解決上述問題。

發明內容

本發明針對傳統機翼在大迎角飛行時氣流分流影響氣動特性的問題，提出了一種基于翼間氣柵系統的大迎角飛行氣流控制方法，改善飛行器大迎角飛行空氣繞流特性，并為飛行器大迎角機動提供直接控制側向力。

本發明首先提供的一種基于機翼氣柵系統的大迎角飛行氣流分離控制方法，具體控制方法包括如下步驟：

步驟一：飛行狀態判定

飛行控制系統根據迎角傳感器感受飛行迎角姿態，壓力傳感器感受機翼上下表面壓力。飛行器飛行時，當迎角達到設定值，并且機翼上下表面壓力差達到設定值或壓力脈動達到設定值時，飛行控制系統判定飛行器已進入大迎角飛行狀態，并且氣流已經分離。

所述迎角傳感器設置在飛行器的頭部或者機翼。

步驟二：氣柵系統中的蒙皮組件啟動；

飛行控制系統判定飛行器進入大迎角飛行且氣流分離后，由飛行控制系統控制蒙皮驅動裝置開啟蒙皮，蒙皮開啟后，使部分氣流直接通過氣柵通道流向機翼上表面，確保機翼上表面氣流分離渦在氣柵氣流吹洗下，脫離機翼上表面，進而改善飛行器大迎角飛行空氣繞流特性，延緩失速。

蒙皮開啟角度原則：機翼下方蒙皮開啟角度等于迎角。機翼上方蒙皮開啟角度在迎角小于45度時，以改善空氣繞流，盡量使分離渦吹離機翼表面為原則；大于45度時，即使在某些措施下氣流不分離，但此時氣動力的升力分量必然小于阻力分量，因此，在大于45度時蒙皮開啟角度應與氣流來流角度相一致，使氣流直接通過機翼。

步驟三：氣柵系統中的氣柵隔板偏轉產生側向控制力；

常規布局飛機，其垂尾和方向舵通常位于機身上方，因此在大迎角飛行時，垂尾和方向舵經常處于機身氣流分離區內，進而造成飛行器橫航向穩定性和橫航向操作效率降低，這也是大迎角飛行橫航向偏離和姿態不可控的原因之一。采用氣柵系統后，當飛行器進入大迎角飛行狀態，并且氣流分離后，蒙皮開啟，此時，為加強飛行姿態控制能力，可按照飛行控制系統要求偏轉氣柵隔板，氣流流過偏轉的氣柵隔板，將在氣柵隔板上產生側向控制力。側向控制力的大小和方向與氣柵隔板面積、偏轉角度、蒙皮開啟角度有關。為加強大迎角飛行空間姿態改變能力，飛行器不同位置的氣柵系統可單獨控制。

氣柵系統的設計及其在飛行器上的位置布局將直接決定飛行器大迎角飛行空氣繞流改善效果，因此氣柵系統設計將是能否實現空氣繞流改善的關鍵。在飛行器設計階段，應根據飛行器整體設計要求運用風洞試驗或CFD模擬方法對氣柵系統的布置位置、物理尺寸、控制策略等進行詳細設計。

本發明的優點在于：

（1）本發明可在飛行器大迎角飛行條件下按指定規律改善空氣繞流特性，適用于多種迎角狀態；

（2）本發明在大迎角飛行、方向舵和垂尾效率降低甚至失效情況下，可以提供一種新的直接側向控制力，可用于大迎角飛行改變飛行姿態和狀態，提高飛行器機動性和敏捷性。

附圖說明

圖1a和圖1b為設置有氣柵系統的飛行器示意圖；

圖2a為本發明提供的基于氣柵系統的控制方法原理框圖；

圖2b為本發明提供的控制方法中氣柵系統工作實施方式原理框圖；

圖3為本發明提供的控制裝置中氣柵系統整體結構示意圖；

圖4為氣柵通道結構示意圖；

圖5a為氣柵系統中氣柵隔板連接結構示意圖；圖5b為圖5a中局部視圖A的放大示意圖；