[實(shí)用新型]一種跨域飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202021528183.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN212515478U
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪波;田松巖;段焰輝;莊學(xué)彬;王勁博;張岐良;侯治威
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本實(shí)用新型涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種跨域飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)，包括射流組、貯存箱、汽化單元和控制單元；射流組包括射流噴嘴組和射流孔組；射流噴嘴組包括偏航噴嘴組、俯仰翻轉(zhuǎn)噴嘴組和增升噴嘴組，射流孔組包括偏航射流孔組、俯仰翻轉(zhuǎn)射流孔組和增升射流孔組；控制單元包括控制器和姿軌傳感器，姿軌傳感器與控制器信號(hào)連接。高速跨域飛行時(shí)，控制器控制不同的射流噴嘴組開(kāi)啟，通過(guò)偏航噴嘴組、俯仰翻轉(zhuǎn)噴嘴組和增升噴嘴組分別控制飛行器本體的航向、偏轉(zhuǎn)和高度，調(diào)整飛行器本體的飛行狀態(tài)；有效利用射流噴嘴產(chǎn)生飛行控制力，射流工質(zhì)的推力與來(lái)流相互作用產(chǎn)生的附加力共同形成飛行控制力，實(shí)現(xiàn)基于虛擬氣動(dòng)舵面技術(shù)的飛行器控制的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種跨域飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機(jī)械舵面技術(shù)是目前大部分飛行器的必要組成部分，也是飛行控制的主要手段，其原理簡(jiǎn)單、成熟度較高，應(yīng)用廣泛。機(jī)械舵面通過(guò)舵面的偏轉(zhuǎn)，使來(lái)流作用于舵面，產(chǎn)生壓力，形成飛行控制力。由于機(jī)械舵面產(chǎn)生的控制力與來(lái)流動(dòng)壓力、舵面在來(lái)流方向投影面積成正比，因此機(jī)械舵面控制力的產(chǎn)生嚴(yán)重依賴(lài)于來(lái)流參數(shù)。

而在高空稀薄大氣、臨近空間或者真空中飛行時(shí)，機(jī)械舵面完全無(wú)法提供飛行控制力，此種情況下，傳統(tǒng)飛行器如衛(wèi)星、飛船一般采用姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行姿態(tài)、飛行軌跡的控制。

目前關(guān)于無(wú)舵面操控技術(shù)的研究主要集中在低空低速飛行器，原理多為基于柯安達(dá)效應(yīng)的環(huán)量控制技術(shù)，通過(guò)在機(jī)翼后部開(kāi)設(shè)噴流狹縫等方式，通過(guò)流體引流效應(yīng)，改變翼面環(huán)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)翼上氣動(dòng)升力的調(diào)節(jié)。

高速跨域飛行器需要同時(shí)能夠在低空及高空稀薄大氣環(huán)境內(nèi)，以高速進(jìn)行高機(jī)動(dòng)性飛行，其對(duì)氣動(dòng)外形也有嚴(yán)格的要求。采用傳統(tǒng)機(jī)械舵面的飛行器在大氣環(huán)境內(nèi)飛行時(shí)，機(jī)械舵面通常可以提供有效的飛行控制能力，但是飛行器在高速下、以大攻角飛行時(shí)，機(jī)械舵面會(huì)面臨舵效降低的問(wèn)題，難以再提供充足的飛行控制力，并且機(jī)械舵面含有較多的活動(dòng)部件及外部間隙，質(zhì)量及可靠性仍有所欠缺，也會(huì)在一定程度上影響飛行器的隱身能力；姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)在真空環(huán)境可以有效為飛行器提供控制力，若簡(jiǎn)單將姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)移植至對(duì)氣動(dòng)外形有嚴(yán)格要求的空天飛行器上，則會(huì)面臨效率低下、影響飛行器氣動(dòng)性能等問(wèn)題；基于柯安達(dá)效應(yīng)的環(huán)量控制技術(shù)本質(zhì)上無(wú)法脫離來(lái)流獨(dú)立產(chǎn)生控制力，且技術(shù)還不夠成熟，因而適用范圍仍?xún)H限于大氣環(huán)境及低速情況；因此現(xiàn)有的姿態(tài)控制技術(shù)無(wú)法滿足高速跨域飛行器的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是：提供一種跨域飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)，以滿足跨域飛行器在跨域、高速飛行時(shí)的需求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種跨域飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)，包括射流組、貯存箱、汽化單元和控制單元；

所述射流組包括射流噴嘴組和與所述射流噴嘴組相一一對(duì)應(yīng)的射流孔組；所述射流噴嘴組包括偏航噴嘴組、俯仰翻轉(zhuǎn)噴嘴組和增升噴嘴組，所述射流孔組包括偏航射流孔組、俯仰翻轉(zhuǎn)射流孔組和增升射流孔組，所述偏航射流孔組設(shè)布置在飛行器本體尾部的上表面，所述俯仰翻轉(zhuǎn)射流孔組布置在飛行器本體尾部的上下表面，所述增升射流孔組布置在飛行器本體的下表面；

所述貯存箱與所述射流噴嘴組之間布置有汽化單元，所述汽化單元與所述射流噴嘴組管路連接，用于汽化射流工質(zhì)；

所述控制單元包括控制器和姿軌傳感器，所述姿軌傳感器與所述控制器信號(hào)連接，用于向所述控制器傳輸飛行器本體的姿軌信號(hào)，所述控制單元與所述汽化單元電路連接，用于根據(jù)接收到的飛行器姿軌信號(hào)控制所述汽化單元將射流工質(zhì)汽化并從所述姿軌信號(hào)對(duì)應(yīng)的射流噴嘴組噴射。

優(yōu)選地，所述偏航噴嘴組在沿飛行器本體的軸向方向上布置在遠(yuǎn)離所述飛行器本體的質(zhì)心的一端，并且所述偏航噴嘴組在豎直方向上布置在靠近所述飛行器本體的質(zhì)心的位置處。

優(yōu)選地，所述俯仰翻轉(zhuǎn)噴嘴組布置在遠(yuǎn)離所述飛行器本體的中心軸及質(zhì)心的部位。