一种利用气动力辅助驱动的翼面变体飞行器及驱动方法

技术领域

本申请属于飞行器设计技术领域，特别涉及一种利用气动力辅助驱动的翼面变体飞行器及驱动方法。

背景技术

随着未来高性能作战飞机的发展，越来越多的设计者们将目光聚焦于变体飞行器，并通过变体手段打造多用途、全方位、隐身机动一体化的战机成为了当前的研究热点之一。但面对变体飞行器上装备的各种液压/电机变体等机械驱动装置具有设备笨重、体积庞大、结构承载能力要求高等特点，导致在实现飞行器翼面变体的技术方案中存在着需要使用的结构重量增加，空间占用量过大等矛盾，以及可能带来的飞机的飞行寿命缩减、设备检修频繁、维护费用高昂等系列问题。另一方面在利用传统机械驱动系统进行翼面变体时，由于未考虑复杂多变的流场信息，存在着变体时驱动功率过大而对结构施加额外的驱动载荷，或者预设的驱动功率过小导致变体困难等情况。

因此，如何在考虑流场的同时进行有效的飞行器变体控制，减少结构负担是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种利用气动力辅助驱动的翼面变体飞行器及驱动方法，以解决现有变体结构飞行负荷高、占地空间与重量大、寿命短，复杂流场不可用或难以控制等问题。

本申请的技术方案是：一种利用气动力辅助驱动的翼面变体飞行器，包括机身、机翼和尾翼，所述尾翼位于机翼的后部，所述尾翼与机翼在常态下共面设置，所述尾翼与机身之间设有驱动尾翼进行折叠变形的驱动机构，所述尾翼上设有压力探头，所述压力探头将检测到的气动力传递至综合感知处理系统，所述综合感知处理系统根据气动力控制驱动机构的功率，所述驱动机构根据功率的大小控制尾翼的折叠变形量，每组所述驱动机构对相连的尾翼均单独控制。

优选地，所述尾翼与机身之间连接有可折叠式铰链。

优选地，所述尾翼的后端开设有方向槽，所述方向槽内铰接有方向舵。

优选地，所述驱动机构包括电动舵机或液压舵机。

优选地，所述机翼包括与机身相连的内翼和与内翼相连的外翼，所述外翼能够向内翼方向折叠。

优选地，所述内翼的后端为从机身至机翼方向倾斜的斜面，所述尾翼的前端斜度与内翼斜面的斜度相同，所述尾翼的前端与内翼的后端相贴，所述尾翼为平行四边形结构。

作为一种具体实施方式，一种利用气动力辅助驱动的翼面变体驱动方法，包括：压力探头接收尾翼上的流场信息，并输出流场参数和对应的时间节点；综合感知处理系统接收压力探头输出的流场信息和时间节点信息，并获取同一时间节点下全机状态信息；综合感知处理系统根据飞机的飞行状态和外部流场信息计算尾翼上的气动载荷和翼根弯矩；根据计算获得的气动载荷与翼根弯矩确定驱动机构的输出功率，并对驱动机构进行控制。

本申请的一种利用气动力辅助驱动的翼面变形飞行器，包括机身、机翼和尾翼；尾翼与机身之间设有驱动尾翼进行折叠变形的驱动机构，当尾翼处于常态水平设置时，飞机呈现飞翼布局；当尾翼在驱动机构的控制下进行折叠变形时，飞机实现从飞翼布局到V尾布局的模式的切换；在尾翼变体过程中，尾翼受到驱动装置的驱动，同时尾翼自身在飞行过程中所受的气动力与翼根弯矩提供驱动力，作为辅助手段帮助实现尾翼折叠变形；设置压力探头来将尾翼自身在飞行过程中所受的气动力与翼根弯矩提供驱动力，作为辅助手段帮助实现尾翼折叠变形，通过综合感知处理系统来实现对驱动机构和气动辅助对尾翼驱动的协调控制，对飞机变体进行有效控制，通过采用气动辅助来有效减少结构负担。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体结构俯视示意图；

图2为本申请常态下尾翼与机翼共面设置的结构示意图；

图3为本申请机械与气动力双层联合驱动的尾翼变体结构示意图。

1、机身；2、机翼；3、内翼；4、外翼；5、尾翼；6、方向舵。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种利用气动力辅助驱动的翼面变形飞行器，如图1-3所示，包括机身1、机翼2和尾翼5。机身1采用飞翼式造型中的通用机身1，机身1的中间位置用于挂在大部分武器，机翼2共有两组并连接于机身1的两侧，尾翼5在常态下为平尾，尾翼5共有两组并且与机身1的尾部相连，主油箱设于机翼2靠近机身1的一侧。

本申请中的前端为飞机靠近机头的一端，本申请中的后端为飞机靠近机尾的一端。

尾翼5与机翼2在常态下水平设置，与机翼2串列式放置，整体翼面共面设置，尾翼5与机身1之间设有驱动尾翼5进行折叠变形的驱动机构，尾翼5上设有压力探头，压力探头将检测到的气动力传递至综合感知处理系统，综合感知处理系统根据气动力控制驱动机构的功率，驱动机构根据功率的大小控制尾翼5的折叠变形量，每组驱动机构对相连的尾翼5均单独控制。

当尾翼5处于常态水平设置时，飞机呈现飞翼布局；当尾翼5在驱动机构的控制下进行折叠变形时，飞机实现从飞翼布局到V尾布局的模式的切换。在尾翼5变体过程中，尾翼5受到驱动装置的驱动，同时尾翼5自身在飞行过程中所受的气动力与翼根弯矩提供驱动力，作为辅助手段帮助实现尾翼5折叠变形。

通过压力探头检测到的气动力一般在总动力的20-30％之间，由于飞机不同的飞行姿态或者飞行高度等因素下，尾翼5位置处的流场是有差别的，所受到的气动力是有差别的，因此为了保证能够对尾翼5的折叠变形量进行准确的控制，保证尾翼5能够准确地达到所需的位置，需要根据气动力的不同对驱动机构的功率进行准确的控制；当气动力较大时，驱动机构的功率应适当减少；当气动力较少时，驱动机构的功率应适当增大。

在对飞机尾翼5处的流场进行测量时，不仅限于压力探头，其它任何能够对小型流场进行探测的设备均在本申请的保护范围内。

飞机上的综合感知处理系统用于对全机状态和流场信息进行处理，通过获取飞机此时的飞行状态和外部流场信息能够推算出尾翼5上的气动载荷、翼根弯矩等特性，并根据流场信息自适应地实时改变机械驱动设备的输出功率。

通过利用气动力进行辅助驱动，将飞行状态下变体部件所收到的气动力利用起来，减少了飞机对尾翼5的输出功率和驱动机构的空间占用，使得飞机尾部机械结构的重量相应减小，设备检修维修更为方便，有利于重心的控制。根据具体驱动需求智能化地高效利用翼面上附加的气动载荷实现双重联合驱动的目的，从而完成整个尾翼5的变体过程。

并且通过每组驱动机构对相连的尾翼5单独控制，两组尾翼5的折叠变形量可以相同，也可以不同；当飞机在俯仰飞行时，采用相同的折叠变形量以保证航向的稳定；当飞机在转向时，通过不同的折叠变形量以实现更好的转向。

同时应用范围广泛，能够应用于机翼的可折叠翼尖变体方案、可折叠转动垂尾变体方案、全动式平尾等不同实际场景中，具有良好的使用价值。

优选地，尾翼5与机身1之间连接有可折叠式铰链，当尾翼5根据飞行需求到达指定的翼面折叠角后可折叠式铰链能够对翼面进行适时锁定，以保证尾翼5调节的稳定，得到隐身、机动等不同的飞行状态以及操纵能力的偏向获取。

优选地，尾翼5的后端开设有方向槽，方向槽内铰接有方向舵6，方向舵6可以通过自身的舵机调节方形来进行转向，来有效保证飞机的转向。

优选地，驱动机构包括电动舵机或液压舵机，也即是通过液压或电动的机械驱动手段均可实现尾翼5整体绕轴转动，作为翼面操纵控制的主要驱动力。

优选地，机翼2包括与机身1相连的内翼3和与内翼3相连的外翼4，外翼4能够向内翼3方向折叠。也即是说本申请的翼面变体尾翼5可以用于折叠式机翼2以及折叠式机翼2的作战飞机场合，当然更可以用于非折叠机翼2，使用范围更广。

优选地，内翼3的后端为从机身1至机翼2方向倾斜的斜面，尾翼5的前端斜度与内翼3斜面的斜度相同，尾翼5的前端与内翼3的后端相贴，尾翼5为平行四边形结构。通过设置尾翼5与内翼3相贴，在常态下尾翼5与机翼2呈现共面一体化设置，可以作为机翼2的延伸，相当于增大了机翼2的面积，从而额外提升了战斗力，通过设置斜面来保证尾翼5与机翼2有足够的接触面积。

优选地，机身1内安装有雷达、大气参数系统和驾驶舱，雷达、大气参数系统和驾驶舱安装于飞机的前端。

尾翼5的增加会带来飞机重心的变化，为了平衡飞机的重心，将雷达、大气参数系统(空速管)和驾驶舱等部件设于机身1的最前端来平衡全机重心位置，保证飞机各项性能的稳定。

作为一种具体实施方式，一种利用气动力辅助驱动的翼面变体驱动方法，包括以下步骤：

压力探头接收尾翼5上的流场信息，并输出流场参数和对应的时间节点；

综合感知处理系统接收压力探头输出的流场信息和时间节点信息，并获取同一时间节点下全机状态信息；

综合感知处理系统根据飞机的飞行状态和外部流场信息计算尾翼5上的气动载荷和翼根弯矩；

根据计算获得的气动载荷与翼根弯矩确定驱动机构的输出功率，并对驱动机构进行控制。

通过综合感知处理系统对驱动机构的输出功率进行调配，使得驱动机构与气动力的总功率始终在合适的范围内，利用气动力进行辅助驱动，将飞行状态下变体部件所受到的气动力利用起来，根据流场信息自适应地实时改变驱动设备的输出功率，在不增加额外结构负担的前提下，利用气动力辅助驱动来减少变体时驱动机构(如用于转动的铰链部件)所承受的结构载荷。

同时，实现气动力辅助驱动，可以减少机械驱动时所需的力矩，削弱驱动需求，从而减少了所需的产生驱动力机械设备的使用功率、占用体积和结构重量，无需选取原设计条件下笨重庞大的驱动部件，可选取更轻型的机械驱动系统，从而可以实现节省空间、减少结构重量的目的。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。