[發明專利]一種地效飛行器指數開關滾轉限制器設計方法

在審

• 申請號: 202111626271.4
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114326801A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李莊;孫娜;吳孟君;王斌斌;席懿;謝鳳云
• 申請（專利權）人: 中國特種飛行器研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

本發明公開了一種地效飛行器指數開關滾轉限制器設計方法，包括：根據地效飛行器底部距水面的高度計算得到當前狀態下的滾轉姿態的安全邊界，當地效飛行器的滾轉角靠近安全邊界時，滾轉限制器開始工作，反饋的滾轉角與預設的小于安全邊界值的定值經過差值?比例?積分環節后得到的副翼操縱信號，與副翼操縱輸入信號經過指數開關進行整合，整合后的信號作為新的副翼操縱信號輸入增穩控制系統中，對地效飛行器的運動進行控制。通過該方法，地效飛行器能夠通過副翼和方向舵的控制，使飛行器的滾轉范圍始終在安全邊界內，避免機翼觸水，保證飛行器的安全飛行。

技術領域

本發明涉及地效飛行器的飛行控制設計領域，具體涉及一種地效飛行器指數開關滾轉限制器設計方法。

背景技術

地效飛行器是一種利用地面效應提供支承力而飛行的運載工具。因貼地飛行時升阻比比一般飛機大，因而飛行所消耗的推進功率小，能提高載重量或航程。多數地效飛行器按照水面上空飛行條件設計，具有浮筒或船身，是介于飛機、艦船和氣墊船之間的一種新型高速飛行器。地效飛行器作為一種新型的交通工具，在安全性、經濟性、快速性、舒適性等方面有其獨到的優勢和特殊性，使得地效飛行器具有廣闊的市場和應用前景。地效飛行器長時間近水面飛行，行過程中飛行高度受限，飛行的滾轉姿態受到飛行高度、自身尺寸等限制，操作不當會發生滾轉機翼觸水等問題，影響到兩棲地效飛行器的飛行安全。所以需要對地效飛行器設計滾轉限制器，當飛行器滾轉到安全邊界時，通過控制副翼，調整飛行的飛行姿態，保證地效飛行器近水面飛行安全。

目前飛行器的滾轉限制技術一般用在無人機或有人駕駛飛機的飛行控制過程中，但其針對的是空中飛行的飛行器，采用的是坡度保持控制的方法，不適用于地效飛行器。

發明內容

本發明的目的是提供一種地效飛行器指數開關滾轉限制器設計方法，用以解決地效飛行器的滾轉限制控制問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種地效飛行器指數開關滾轉限制器設計方法，包括：

根據地效飛行器底部距水面的高度計算得到當前狀態下的滾轉姿態的安全邊界，當地效飛行器的滾轉角φ靠近安全邊界時，滾轉限制器開始工作，反饋的滾轉角與預設的小于安全邊界值的定值經過差值-比例-積分環節后得到的副翼操縱信號，與副翼操縱輸入信號經過指數開關進行整合，整合后的信號作為新的副翼操縱信號輸入增穩控制系統中，對地效飛行器的運動進行控制。

進一步地，根據地效飛行器底部距水面的高度計算得到當前狀態下的滾轉姿態的安全邊界，具體為：

其中，φ_lim為地效飛行器滾轉姿態的安全邊界，l為地效飛行器主翼展長的1/2，H為地效飛行器底部距水面的高度，ΔH為浮筒底部距離水面的距離。

進一步地，φ_lim為高度H的函數，飛行高度越高，φ_lim越大；當飛行高度大于l+ΔH時，飛行器運動不再受滾轉姿態的限制。

進一步地，所述指數開關的具體設計為：

K₁、K₂為指數開關的增益指數，取值范圍為0～1，分別表示滾轉限制器的副翼操縱信號和副翼操縱輸入信號在整合后的新的副翼操縱信號中所占的比例；在距離安全邊界設定范圍內，K₁、K₂的值隨滾轉角線性變化：當滾轉角靠近安全邊界時，起滾轉限制作用的增益K₁增大，滾轉限制器作為主要的操縱信號；滾轉角遠離安全邊界，或者副翼操縱輸入減小時，起滾轉操縱作用的增益K₂增大，副翼操縱輸入作為主要的操縱信號。

進一步地，所述設定范圍為在距離安全邊界大于1°的范圍內。

進一步地，K₁、K₂的計算方法如下：