飞艇姿态调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置 |
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| 申请号 | CN201710027379.9 | 申请日 | 2017-01-13 | 公开(公告)号 | CN106585945A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 中国科学院光电研究院; | 发明人 | 屈正宇; 杨燕初; | ||||
| 摘要 | 一种 飞艇 姿态 调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置，该主动流动控制装置包括固定于飞艇的若干主动流动控制阵列，分别置于所述飞艇的艇体表面，通过改变部分或全部若干主动流动控制阵列的开启和闭合，实现所述飞艇姿态的调整。每个主动流动控制单元包括 基板 和电磁驱动片阵列，电磁驱动片阵列由分别通过 转轴 固定于基板上的一个或多个电磁驱动片组成，通过转轴转动与基板贴合形成闭合状态，或与基板形成一 角 度形成开启状态。主动流动控制装置改变飞艇飞行时周身 流体 的对称性，产生用于 俯仰 或者 偏航 的控制 力 矩，替代或者配合 舵 面及矢量螺旋桨，完全控制或者辅助控制飞艇飞行的姿态，使其在高 风 速下可以输出更稳定的控制力矩，完成预定航行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种飞艇姿态调整的主动流动控制装置，包括固定于飞艇上的若干主动流动控制阵列，其特征在于，所述若干主动流动控制阵列分别置于所述飞艇的艇体表面，通过改变部分或全部的所述若干主动流动控制阵列的开启和/或闭合，实现所述飞艇姿态的调整。 |
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| 说明书全文 | 飞艇姿态调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置技术领域[0001] 本发明属于流动控制领域，更具体地涉及一种飞艇姿态调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置。 背景技术[0002] 随着航空技术和材料科学的进步，飞艇作为一种历史悠久的航空器，其设计制造技术得到了突飞猛进的发展。在现代军事、民用中的价值更是得到了极大的关注。低空飞艇中载重飞艇由于其载重量大，不需要跑道可直接垂直起降等优势，得到了很大的关注。高空飞艇更是因为其长航时定点驻空的优势，成为各个国家研究的热点。 [0003] 低空飞艇在航行时飞艇的姿态控制主要方法有：调节尾翼舵面的偏转、调节调姿副气囊的充压以及螺旋桨矢量控制等。高空飞艇由于体积巨大，一般只能通过调姿副气囊调整俯仰角度和通过螺旋桨差动控制偏航角度。与传统密度重于空气的航空器相比，飞艇作为一种靠浮力提供升力的航空器，其密度小于空气，在飞行时的附加惯性相对于空气来说不可忽略，这也就导致飞艇航行时对风场的敏感性大。因此在航行时，即使风速不大，飞艇也经常存在风的干扰，常规的控制方式如舵面等存在控制力不足无法完成姿态调控的缺陷，这对飞艇的发展和应用形成了很大的阻碍。 发明内容[0004] 基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种辅助飞艇姿态调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置，用于解决以上技术问题中的至少之一。 [0005] 为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出一种飞艇姿态调整的主动流动控制装置，包括固定于飞艇的若干主动流动控制阵列，该若干主动流动控制阵列分别置于所述飞艇的艇体表面，通过改变部分或全部的若干主动流动控制阵列的开启和/或闭合，实现飞艇姿态的调整。 [0006] 优选地，上述主动流动控制装置包括固定于飞艇的两组主动流动控制阵列，分别环置于飞艇前部和后部的艇体表面。 [0007] 进一步地，上述第一/二组主动流动控制阵列包括分别位于飞艇艇体不同方位的多组主动流动控制单元。 [0008] 进一步地，多组主动流动控制单元中的每一个包括一基板和一电磁驱动片阵列，其中： [0009] 电磁驱动片阵列由一个或多个电磁驱动片组成，该一个或多个电磁驱动片分别通过一转轴固定于基板上，电磁驱动片通过转轴转动以与基板贴合形成闭合状态，或与基板形成一角度形成开启状态，且开启方向朝向飞艇后方；通过电磁驱动片的转动实现主动流动控制。 [0010] 进一步地，上述电磁驱动片为矩形体结构，电磁驱动片阵列由四个电磁驱动片组成。 [0011] 进一步地，上述位于飞艇艇体上方和下方的主动流动控制单元用于控制飞艇的俯仰姿态；位于飞艇艇体左侧和右侧的主动流动控制单元用于控制飞艇的偏航姿态；位于飞艇艇体斜对角方位的主动流动控制单元用于控制飞艇的翻转。 [0012] 为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出一种飞艇姿态调整的主动流动控制方法，是通过控制上述的主动流动控制装置来实现。 [0013] 为了实现上述目的，本发明还提出了一种辅助飞艇姿态调整的主动流动控制单元的固定装置，用于固定主动流动控制单元，包括一固定环和一固定板，其中： [0015] 固定板边缘部分具有与多个第一螺纹孔相匹配的多个第二螺纹孔，固定板上表面具有用于放置主动流动控制单元的凹槽。 [0016] 进一步地，上述固定环为圆环结构，固定板的尺寸与固定环相匹配。 [0017] 进一步地，上述固定板上表面凹槽的尺寸与主动流动控制单元的尺寸相匹配。 [0018] 本发明提出的辅助飞艇姿态调整的主动流动控制装置及方法、固定其的装置，具有以下有益效果： [0020] 2、应用主动流动控制，改变飞艇飞行时周身流体的对称性，从而产生用于俯仰或者偏航的控制力矩，替代或者配合舵面及矢量螺旋桨，完全控制或者辅助控制飞艇飞行的姿态，使其在高风速下可以输出更稳定的控制力矩，从而完成预定航行； [0022] 图1是本发明一实施例提出的辅助飞艇姿态调整的主动流动控制装置固定于飞艇后的结构示意图； [0023] 图2是本发明一实施例提出的电磁驱动片阵列的闭合状态示意图； [0024] 图3是本发明一实施例提出的电磁驱动片阵列的开启状态示意图； [0025] 图4是本发明一实施例提出的主动流动控制装置控制飞艇仰角时的状态示意图； [0026] 图5是本发明一实施例提出的主动流动控制装置控制飞艇俯角时的状态示意图； [0027] 图6是本发明一实施例提出的主动流动控制装置控制飞艇左偏角时的状态示意图； [0028] 图7是本发明一实施例提出的主动流动控制装置控制飞艇右偏角时的状态示意图。 [0029] 图8是本发明一实施例提出的电磁驱动片阵列的固定装置结构示意图； [0030] 图9是本发明一实施例提出的电磁驱动片阵列固定安装完成后的装置结构示意图； 具体实施方式[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。 [0032] 本发明公开了一种飞艇姿态调整的主动流动控制装置，包括固定于飞艇的若干主动流动控制阵列，该若干主动流动控制阵列分别置于飞艇的艇体表面，通过改变部分或全部的若干主动流动控制阵列的开启和/或闭合，实现飞艇姿态的调整。 [0033] 优选地，上述主动流动控制装置包括固定于飞艇的两组主动流动控制阵列，分别环置于飞艇前部和后部的艇体表面。 [0034] 优选地，上述第一/二组主动流动控制阵列包括分别位于飞艇艇体不同方位的多组主动流动控制单元。 [0035] 其中，上述多组主动流动控制单元中的每一个包括一基板和一电磁驱动片阵列： [0036] 电磁驱动片阵列由一个或多个电磁驱动片组成，该一个或多个电磁驱动片分别通过一转轴固定于基板上，电磁驱动片通过转轴转动以与基板贴合形成闭合状态，或与基板形成一角度形成开启状态，且开启方向朝向所述飞艇后方；通过电磁驱动片的转动实现主动流动控制。 [0037] 优选地，上述电磁驱动片为矩形体结构，电磁驱动片阵列由四个电磁驱动片组成。 [0038] 上述位于飞艇艇体上方和下方的主动流动控制单元用于控制飞艇的俯仰姿态；位于飞艇艇体左侧和右侧的主动流动控制单元用于控制飞艇的偏航姿态；位于飞艇艇体斜对角方位的主动流动控制单元用于控制飞艇的翻转。 [0039] 本发明还公开了一种飞艇姿态调整的主动流动控制方法，通过上述的飞艇姿态调整的主动流动控制装置实现。 [0040] 本发明还公开了一种辅助飞艇姿态调整的主动流动控制单元的固定装置，用于固定主动流动控制单元，包括一固定环和一固定板，其中： [0041] 固定环固定于飞艇内部，固定环的环形部分具有多个第一螺纹孔； [0042] 固定板边缘部分具有与多个第一螺纹孔相匹配的多个第二螺纹孔，固定板上表面具有用于放置主动流动控制单元的凹槽。 [0043] 上述固定环为圆环结构，固定板的尺寸与固定环相匹配。 [0044] 上述固定板上表面凹槽的尺寸与主动流动控制单元的尺寸相匹配。 [0045] 通过应用上述主动流动控制装置，可改变飞艇飞行时周身流体的对称性，从而产生用于俯仰、偏航或翻转的控制力矩，替代或者配合舵面及矢量螺旋桨，从而完全控制或者辅助控制飞艇飞行的姿态，使其在高风速下可以输出更稳定的控制力矩，从而完成预定航行。 [0046] 以下通过具体实施例对本发明提出的辅助飞艇姿态调整的主动流动控制装置及其固定装置进行详细描述。 [0047] 实施例 [0048] 如图1所示，本实施例提出一种辅助飞艇姿态调整的主动流动控制装置，包括固定于飞艇1的第一组主动流动控制阵列2和第二组主动流动控制阵列3，其中第一组主动流动控制阵列2和第二组主动流动控制阵列3分别环置于飞艇前部和后部的艇体表面，通过改变第一组主动流动控制阵列2和第二组主动流动控制阵列3的开启和闭合，实现飞艇姿态的俯仰和偏转。 [0049] 第一组主动流动控制阵列包括分别位于飞艇艇体上方、左侧、下方、右侧的A组、B组、C组、D组主动流动控制单元，第二组主动流动控制阵列包括分别位于飞艇艇体上方、左侧、下方、右侧的a组、b组、c组、d组主动流动控制单元。 [0050] 如图2-3所示，其中，单个主动流动控制单元包括一基板11和一电磁驱动片阵列，其中： [0051] 电磁驱动片阵列由四个电磁驱动片12组成，四个电磁驱动片12分别通过一转轴13固定于基板11上；如图2所示，电磁驱动片12通过转轴13转动以与基板11贴合形成闭合状态，或如图3所示，电磁驱动片12通过转轴13转动以与基板11形成一角度形成开启状态，此时电磁驱动片绕轴打开45°，对流动进行主动控制，改变飞艇姿态。通过电磁驱动片12的转动实现主动流动控制。 [0052] 主动流动控制的核心部件为主动流动控制单元。其基板11为厚度1.5cm、长宽均为20cm的长方体，单个电磁驱动片12主体为长宽均为8cm、厚度为0.1cm的长方体。 [0053] 电磁驱动片12在20m长的飞艇上的优化定位选择为，以艇体前顶点为原点，方向指向艇尾，第一组主动流动控制单元2呈圆周分别布置在飞艇长度20％处的表面蒙皮上。相邻两个主动流动控制单元相距等距的30°，共12个组成一圈。第二组主动流动控制单元3布置在飞艇长度75％处的蒙皮上，相邻两个主动流动控制单元间距40°，共9个组成一圈。图1为主动流动控制单元在艇体上的优化定位位置。 [0054] 飞艇姿态控制的具体运作方式为，A组、C组、a组、c组主动流动控制单元控制飞艇的俯仰姿态。具体为，如图4所示，当A组和c组主动流动控制单元开启时，驱动片改变流体绕流对称结构，飞艇抬头，且飞艇抬头的角度与电磁驱动片和基板之间的角度有关；如图5所示，当C组和a组主动流动控制单元开启时，驱动片改变流体绕流对称结构，飞艇低头，且飞艇低头的角度与电磁驱动片和基板之间的角度有关。 [0055] 同样的，B组、D组、b组、d组主动流动控制单元控制飞艇的偏航姿态。具体为，如如图6所示，当B组和d组主动流动控制单元同时开启时，飞艇向左偏转，且飞艇向左偏转的角度与电磁驱动片和基板之间的角度有关；如图7所示，当D组和b组主动流动控制单元同时开启时，飞艇向右偏转，且飞艇向右偏转的角度与电磁驱动片和基板之间的角度有关。 [0056] 如图8所示，本实施例还提出一种辅助飞艇姿态调整的主动流动控制单元的固定装置，用于固定主动流动控制单元，包括一固定环21和一固定板22，其中： [0057] 固定环21固定于飞艇1内部，固定环21的环形部分具有多个第一螺纹孔24； [0058] 固定板22边缘部分具有与多个第一螺纹孔24相匹配的多个第二螺纹孔25，固定板上表面具有用于放置主动流动控制单元的凹槽23。 [0059] 其中，固定环21的作用是为固定板22在飞艇艇体上提供定位及固定。其安装在飞艇1内部，其为：内径24cm、外径32cm、厚0.25cm的圆环状结构。 [0060] 固定板22为直径35cm、厚0.25cm的小圆柱体，且其上表面中间开有边长20cm的正方形凹槽23，该凹槽23的厚度为0.1cm。其安装在飞艇1的外表面，和固定环21中间隔着飞艇艇皮，使用螺钉和固定环21连接从而被固定。固定板22的作用是为单个主动流动控制单元在飞艇1的艇体上提供定位及固定。 [0061] 如图9所示，其安装方法为，首先将固定环21放到艇体1的蒙皮内部的定位部分，之后将固定板22隔着囊体材料安装连接到固定环21，螺钉穿过固定环21上的多个第一螺纹孔24、囊体材料和固定板22上的多个第二螺纹孔25，上紧螺钉从而隔着材料囊体压紧固定环 21和固定板22，完成定位。之后将主动流动控制单元安装固定于固定板22的凹槽23内，完成整体安装。 [0062] 需要说明的是，上述的主动流动控制单元及定位组件并不是只针对文中提到的20m长的飞艇，其可用于更大尺寸的飞艇。上述的主动流动控制单元形成环形结构也并非是固定的数量和分布，其可根据不同飞艇的外形，载荷和大小而具体制定最优分布方式。电磁驱动片装置本身的打开角度也并非是固定的45°，可根据具体控制需求而定。 [0063] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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