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飞机货物投放后升降配平附加偏转度确定方法及系统

专利类型 发明公开 法律事件 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411522358.0 申请日 2024-10-29
公开(公告)号 CN119441675A 公开(公告)日 2025-02-14
申请人 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所; 申请人类型 企业
发明人 申晓明; 张前锦; 武虎子; 第一发明人 申晓明
权利人 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 权利人类型 企业
当前权利人 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:陕西省 城市 当前专利权人所在城市:陕西省西安市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:陕西省西安市阎良区人民东路1号 邮编 当前专利权人邮编:710089
主IPC国际分类 G06F17/10 所有IPC国际分类 G06F17/10B64F5/00B64C9/00
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 15 专利文献类型 A
专利代理机构 北京航信高科知识产权代理事务所 专利代理人 郭鹏鹏;
摘要 本 申请 属于飞机操纵稳定设计技术领域,具体涉及一种飞机货物投放后升降 舵 配平附加偏转 角 度确定方法及系统,其中,飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,包括:步骤一、计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;步骤二、计算货物投放后,飞机 重心 变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;步骤三、综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
权利要求

1.一种飞机货物投放后升降配平附加偏转度确定方法,其特征在于,包括:
步骤一、计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;
步骤二、计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;
步骤三、综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
2.根据权利要求1所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤一具体为:
Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
其中,
Cmα为飞机纵向静稳定导数;
△α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
Cm,δe为升降舵效率。
3.根据权利要求2所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤一中,
其中,
△m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
g为重加速度;
ρ为大气密度
V为飞行速度;
S为机翼面积;
CLα为升力线斜率。
4.根据权利要求3所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤二具体为:
其中,
△M为货物对飞机的作用力矩;
c为平均气动弦长。
5.根据权利要求4所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤二中,△M=‑m0g·△X;
其中,
m0为货物投放前飞机和货物总质量;
△X为货物投放后飞机重心位置的偏移量。
6.根据权利要求5所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤二中,△X=X1‑X0;
其中,
X1为货物投放后飞机重心所在位置;
X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置。
7.根据权利要求6所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤三具体为:
△δe=△δe1+△δe2。
8.根据权利要求7所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,还包括:
步骤四、计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex;
步骤五、以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
9.根据权利要求8所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤四具体为:
Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
其中,
△αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量。
10.根据权利要求9所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤四中,CL,δe△δe+CLα△αx=0;
其中,
CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数。
11.根据权利要求10所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,其特征在于,
步骤五具体为:
△δe0=△δe+△δex。
12.一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,其特征在于,包括:
飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模,用以计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;
飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;
升降舵配平附加偏角计算模块,用以综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
13.根据权利要求12所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,其特征在于,
飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,具体为:
Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
其中,
Cmα为飞机纵向静稳定导数;
△α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
Cm,δe为升降舵效率;
其中,
△m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
g为重力加速度
ρ为大气密度;
V为飞行速度;
S为机翼面积;
CLα为升力线斜率;
飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块中,计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,具体为:
其中,
△M为货物对飞机的作用力矩;
c为平均气动弦长;
△M=‑m0g·△X;
其中,
m0为货物投放前飞机和货物总质量;
△X为货物投放后飞机重心位置的偏移量;
△X=X1‑X0;
其中,
X1为货物投放后飞机重心所在位置;
X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置
升降舵配平附加偏角计算模块中,综合飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe,具体为:
△δe=△δe1+△δe2。
14.根据权利要求13所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,其特征在于,还包括:
升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex;
升降舵配平附加偏角修正计算模块,用以以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
15.根据权利要求14所述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,其特征在于,
升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块中,计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,具体为:
Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
其中,
△αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量;
CL,δe△δe+CLα△αx=0;
其中,
CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数;
升降舵配平附加偏角修正计算模块中,以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0,具体为:
△δe0=△δe+△δex。

说明书全文

飞机货物投放后升降配平附加偏转度确定方法及系统

技术领域

[0001] 本申请属于飞机操纵稳定设计技术领域,具体涉及一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法及系统。

背景技术

[0002] 飞机执行货物投放任务时,部分货物会脱离飞机,使飞机的质量特性数据,包括重量、重心和惯量矩等发生改变。
[0003] 由于货物投放前后,飞机质量特性数据的改变,飞机升降舵配平附加偏角会发生明显变化。得到飞机升降舵配平附加偏角,对于设定升降舵预置角度、掌握操作输入量、估计飞机操纵能、保证任务安全执行等具有关键作用。
[0004] 当前,主要通过对飞机和货物进行三/六自由度飞行动力学建模,建立非线性方程组,分别求解出货物投放前和投放后飞行状态对应方程组的平衡点,进而计算得到升降舵差量,得出附加偏转角度。该种技术方案,所得计算结果是准确的,但对于不同投放场景、不同货物,需以计算机利用特定计算程序改变参数,反复解算非线性方程组进行计算,效率低,且在缺少计算机及其特定计算程序时难以实施。
[0005] 鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。发明内容
[0006] 本申请的目的是提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法及系统,得到保持飞机配平状态升降舵相对货物投放前所需额外偏转角度,以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
[0007] 本申请的技术方案是:
[0008] 一方面提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,包括:
[0009] 步骤一、计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;
[0010] 步骤二、计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;
[0011] 步骤三、综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
[0012] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤一具体为:
[0013] Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
[0014] 其中,
[0015] Cmα为飞机纵向静稳定导数;
[0016] △α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
[0017] Cm,δe为升降舵效率。
[0018] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤一中,
[0019] 其中,
[0020] △m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
[0021] g为重力加速度;
[0022] ρ为大气密度
[0023] V为飞行速度;
[0024] S为机翼面积;
[0025] CLα为升力线斜率。
[0026] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤二具体为:
[0027]
[0028] 其中,
[0029] △M为货物对飞机的作用力矩;
[0030] c为平均气动弦长。
[0031] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤二中,△M=‑m0g·△X;
[0032] 其中,
[0033] m0为货物投放前飞机和货物总质量;
[0034] △X为货物投放后飞机重心位置的偏移量。
[0035] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤二中,△X=X1‑X0;
[0036] 其中,
[0037] X1为货物投放后飞机重心所在位置;
[0038] X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置。
[0039] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤三具体为:
[0040] △δe=△δe1+△δe2。
[0041] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,还包括:
[0042] 步骤四、计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex;
[0043] 步骤五、以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
[0044] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤四具体为:
[0045] Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
[0046] 其中,
[0047] △αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量。
[0048] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤四中,CL,δe△δe+CLα△αx=0;
[0049] 其中,
[0050] CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数。
[0051] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法中,步骤五具体为:
[0052] △δe0=△δe+△δex。
[0053] 另一方面提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,包括:
[0054] 飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模,用以计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;
[0055] 飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;
[0056] 升降舵配平附加偏角计算模块,用以综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
[0057] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,具体为:
[0058] Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
[0059] 其中,
[0060] Cmα为飞机纵向静稳定导数;
[0061] △α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
[0062] Cm,δe为升降舵效率;
[0063]
[0064] 其中,
[0065] △m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
[0066] g为重力加速度
[0067] ρ为大气密度;
[0068] V为飞行速度;
[0069] S为机翼面积;
[0070] CLα为升力线斜率;
[0071] 飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块中,计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,具体为:
[0072]
[0073] 其中,
[0074] △M为货物对飞机的作用力矩;
[0075] c为平均气动弦长;
[0076] △M=‑m0g·△X;
[0077] 其中,
[0078] m0为货物投放前飞机和货物总质量;
[0079] △X为货物投放后飞机重心位置的偏移量;
[0080] △X=X1‑X0;
[0081] 其中,
[0082] X1为货物投放后飞机重心所在位置;
[0083] X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置
[0084] 升降舵配平附加偏角计算模块中,综合飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe,具体为:
[0085] △δe=△δe1+△δe2。
[0086] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,还包括:
[0087] 升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex;
[0088] 升降舵配平附加偏角修正计算模块,用以以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
[0089] 根据本申请的至少一个实施例,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块中,计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,具体为:
[0090] Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
[0091] 其中,
[0092] △αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量;
[0093] CL,δe△δe+CLα△αx=0;
[0094] 其中,
[0095] CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数;
[0096] 升降舵配平附加偏角修正计算模块中,以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0,具体为:
[0097] △δe0=△δe+△δex。
[0098] 本申请至少存在以下有益技术效果:
[0099] 提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法及系统,利用货物投放前后重心与重量变化的特点,推导出投放后升降舵相对投放前状态的附加偏转角度,计算原理清晰,计算公式简单,使用数据少,主要依据货物质量、重心变化量、飞机几何外形、载机气动特性等易于获得的常用参数,无需求解非线性方程组,不受计算机、非线性方程组解算程序限制,便于快速计算,具有较高的效率。附图说明
[0100] 图1是本申请实施例提供的货物重心在飞机重心之前进行投放,飞机重心变化的示意图;
[0101] 图2是本申请实施例提供的货物重心在飞机重心之后进行投放,飞机重心变化的示意图;
[0102] 图3是本申请实施例提供的机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法的示意图;
[0103] 图4是本申请实施例提供的机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统的示意图。
[0104] 为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸,此外,附图仅用于示例性说明,不能理解为对本申请的限制。

具体实施方式

[0105] 为使本申请的技术方案及其优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述,可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例,其仅用于解释本申请,而非对本申请的限定。需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分,其他相关部分可参考通常设计。
[0106] 此外,除非另有定义,本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的表示方位的词语,仅用以表示相对的方向或者位置关系,当被描述对象的绝对位置发生改变后,其相对位置关系也可能发生相应的改变。本申请描述中所使用的“包括”指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
[0107] 此外,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,在本申请的描述中使用的“安装”、“连接”等类似词语应做广义理解,例如,连接可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
[0108] 货物投放前后,飞机的重量、重心和惯量矩均会发生明显变化。按照飞机配平状态非线性方程组的特点,重量和重心的变化会影响升降舵配平量,惯量矩的变化对升降舵配平量无影响。
[0109] (一)货物投放后,飞机重量变化,产生的影响。
[0110] 货物投放后飞机质量减小,为实现货物投放后重新平衡,飞机配平迎角必然要减小,迎角减小量△α,计算如下:
[0111]
[0112] 其中,
[0113] △m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
[0114] g为重力加速度,可取值9.8m/s2;
[0115] ρ为大气密度;
[0116] V为飞行速度;
[0117] S为机翼面积;
[0118] CLα为升力线斜率。
[0119] 迎角减小量△α可产生俯仰力矩,需升降舵偏转一定角度平衡,即货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,计算如下:
[0120] Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0…………(2)
[0121] 其中,
[0122] Cmα为飞机纵向静稳定导数;
[0123] Cm,δe为升降舵效率。
[0124] 将式1带入式2有:
[0125]
[0126] 一般情况下,飞机纵向静稳定导数Cmα、升降舵效率Cm,δe均小于0,附加偏角△δe1大于0。
[0127] (二)货物投放后,飞机重心变化,产生的影响。
[0128] 货物重心在飞机重心之前、之后进行投放,飞机重心的变化如图1、图2所示。
[0129] 货物投放前后飞机重心的变化量△X=X1‑X0,其中,X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置,X1为货物投放后飞机重心所在位置。
[0130] 将货物看作对飞机施加力与力矩的对象,可认为货物投放后,货物对飞机的作用力矩△M消失,计算如下:
[0131] △M=‑△mg·(X1‑X2)…………(4)
[0132] 其中,
[0133] X2为投放前货物重心所在位置。
[0134] 货物投放前飞机和货物总质量m0、投放后飞机质量m1、货物投放前飞机和货物的总重心所在位置X0、货物投放后飞机重心所在位置X1,且满足下式5、式6。
[0135] m0=m1+△m…………(5)
[0136] m0X0=m1X1+△mX2…………(6)
[0137] 依据式5和式6,有:
[0138]
[0139] 将式7代入式4,消去X2,有:
[0140] △M=‑m0g·(X1‑X0)=‑m0g·△X…………(8)
[0141] 其中,
[0142] △X为货物投放后飞机重心位置的偏移量。
[0143] 投放后货物对飞机的作用力矩△M消失,需升降舵偏转一定角度平衡,即货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,计算如下:
[0144]
[0145]
[0146] 其中,
[0147] c为平均气动弦长。
[0148] 货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2正负号与货物投放后飞机重心的偏移量△X相关,货物在飞机重心之前进行投放时△X>0,货物在载机重心之后进行投放时△X<0。
[0149] (三)货物投放后,飞机重量、重心变化,产生的总影响。
[0150] 综合考虑货物投放后,飞机重量、重心变化,升降舵配平附加偏角△δe,计算如下:
[0151]
[0152] 理论上,升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,会影响投放后迎角减小量△α估算,产生的迎角修正量△αx存在附加俯仰力矩,进而形成升降舵修正量。升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量△αx,计算如下:
[0153] CL,δe△δe+CLα△αx=0…………(12)
[0154] CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数。
[0155] 升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生迎角修正量△αx的俯仰力矩,需升降舵偏转一定角度平衡,即升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,计算如下:
[0156] Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0…………(13)
[0157] 考虑升降舵变化产生的迎角修正量,以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0,计算如下:
[0158]
[0159] 式14为修正了一次升降舵偏转产生迎角修正量的影响,其中,升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,又会再次产生迎角修正量,进而产生相应的升降舵配平附加偏角。考虑n次修正,考虑升降舵变化产生的迎角修正量,升降舵配平附加偏角△δe0,计算如下:
[0160]
[0161] 通常,不考虑或仅考虑1次修正时的结果的精度已足够,式11的计算可满足要求。
[0162] 上述飞机投放货物的质量△m单位为kg,货物投放前飞机和货物总质量m0单位为kg,飞机纵向静稳定导数Cmα单位为1/°,升力线斜率CLα单位为1/°,升降舵升力系数对舵面3
的导数CLδe单位为1/°,升降舵效率Cmδe单位为1/°,大气密度ρ单位为kg/m,飞行速度V单位
2
为m/s,机翼面积S单位为m,平均气动弦长c单位为m,货物投放后飞机重心位置的偏移量△X单位为m。
[0163] 基于上述本申请实施例提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,如图3所示。
[0164] 步骤一、计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1。
[0165] Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
[0166] 其中,
[0167] Cmα为飞机纵向静稳定导数;
[0168] △α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
[0169] Cm,δe为升降舵效率。
[0170]
[0171] 其中,
[0172] △m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
[0173] g为重力加速度;
[0174] ρ为大气密度;
[0175] V为飞行速度;
[0176] S为机翼面积;
[0177] CLα为升力线斜率。
[0178] 最终有:
[0179]
[0180] 步骤二、计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2。
[0181]
[0182] 其中,
[0183] △M为货物对飞机的作用力矩;
[0184] c为平均气动弦长。
[0185] △M=‑m0g·△X;
[0186] 其中,
[0187] m0为货物投放前飞机和货物总质量;
[0188] △X为货物投放后飞机重心位置的偏移量。
[0189] △X=X1‑X0;
[0190] 其中,
[0191] X1为货物投放后飞机重心所在位置;
[0192] X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置。
[0193] 最终有:
[0194]
[0195] 步骤三、综合货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
[0196] △δe=△δe1+△δe2。
[0197] 最终有:
[0198]
[0199] 步骤四、计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex。
[0200] Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
[0201] 其中,
[0202] △αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量。
[0203] CL,δe△δe+CLα△αx=0;
[0204] 其中,
[0205] CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数。
[0206] 步骤五、以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
[0207] △δe0=△δe+△δex。
[0208] 最终有:
[0209]
[0210] 并可对升降舵配平附加偏角△δe进行多次修正,有:
[0211]
[0212] 在一个具体的实施例中,飞机投放货物的质量△m=20000kg,飞机纵向静稳定导数Cmα=‑0.03,升力线斜率CLα=0.1,升降舵效率Cmδe=‑0.02,飞行高度1000m对应的大气密度ρ=1.11kg/m3,飞行速度V=120m/s,机翼面积S=250m2,平均气动弦长c=7m,货物投放后飞机重心位置的偏移量△X=1m,货物投放前飞机和货物总质量m0=135000kg。
[0213] 以上述实施例公开的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,确定升降舵配平附加偏角△δe,具体实施如下:
[0214] 计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1=1.5°;
[0215] 计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2=4.7°;
[0216] 综合飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe=△δe1+△δe2=6.2°,该结果与通过对飞机和货物进行三/六自由度飞行动力学建模,建立非线性方程组,分别求解出货物投放前和投放后飞行状态对应方程组的平衡点,进而计算得到升降舵差量,得出附加偏转角度6.6°接近,具有较高的准确性。
[0217] 上述实施例公开的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法,利用货物投放前后重心与重量变化的特点,推导出投放后升降舵相对投放前状态的附加偏转角度,计算原理清晰,计算公式简单,使用数据少,主要依据货物质量、重心变化量、飞机几何外形、载机气动特性等易于获得的常用参数,无需求解非线性方程组,不受计算机、非线性方程组解算程序限制,便于快速计算,具有较高的效率。
[0218] 另一方面提供一种飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,如图4所示,包括:
[0219] 飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1;
[0220] 飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2;
[0221] 升降舵配平附加偏角计算模块,用以综合飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe。
[0222] 可选的,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,飞机重量变化产生升降舵配平附加偏角计算模块,计算货物投放后,飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,具体为:
[0223] Cmα·△α+Cm,δe·△δe1=0;
[0224] 其中,
[0225] Cmα为飞机纵向静稳定导数;
[0226] △α为为实现货物投放后重新平衡,迎角减小量;
[0227] Cm,δe为升降舵效率;
[0228]
[0229] 其中,
[0230] △m为飞机投放货物的质量,为飞机质量的减小量;
[0231] g为重力加速度;
[0232] ρ为大气密度;
[0233] V为飞行速度;
[0234] S为机翼面积;
[0235] CLα为升力线斜率;
[0236] 飞机重心变化产生升降舵配平附加偏角计算模块中,计算货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,具体为:
[0237]
[0238] 其中,
[0239] △M为货物对飞机的作用力矩;
[0240] c为平均气动弦长;
[0241] △M=‑m0g·△X;
[0242] 其中,
[0243] m0为货物投放前飞机和货物总质量;
[0244] △X为货物投放后飞机重心位置的偏移量;
[0245] △X=X1‑X0;
[0246] 其中,
[0247] X1为货物投放后飞机重心所在位置;
[0248] X0为货物投放前飞机和货物的总重心所在位置
[0249] 升降舵配平附加偏角计算模块中,综合飞机重量变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe1,以及货物投放后,飞机重心变化,产生的升降舵配平附加偏角△δe2,得到升降舵配平附加偏角△δe,具体为:
[0250] △δe=△δe1+△δe2。
[0251] 可选的,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,还包括:
[0252] 升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块,用以计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex;
[0253] 升降舵配平附加偏角修正计算模块,用以以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0。
[0254] 可选的,上述的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统中,升降舵变化产生迎角修正量产生的升降舵配平附加偏角计算模块中,计算升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,具体为:
[0255] Cmα·△αx+Cm,δe·△δex=0;
[0256] 其中,
[0257] △αx为升降舵变化△δe产生的附加升力△CL,产生的迎角修正量;
[0258] CL,δe△δe+CLα△αx=0;
[0259] 其中,
[0260] CLδe为升降舵升力系数对舵面的导数;
[0261] 升降舵配平附加偏角修正计算模块中,以升降舵变化产生迎角修正量,产生的升降舵配平附加偏角△δex,对升降舵配平附加偏角△δe进行修正,得出修正的升降舵配平附加偏角△δe0,具体为:
[0262] △δe0=△δe+△δex。
[0263] 对于上述实施例公开的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统,由于其与上述实施例公开的飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法相对应,描述的较为简单,具体相关之处可参见飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统部分的相关说明,其技术效果也可参考方法相关飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定方法部分的技术效果,在此不再赘述。
[0264] 此外,领域内技术人员还应该能够意识到,本申请实施例所公开飞机货物投放后升降舵配平附加偏转角度确定系统的各个模块、单元能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,本申请中对其按照功能进行了一般性地描述,这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件,领域内技术人员可以对每个特定的应用及其实际约束条件选择采用不同的方法来实现所描述的功能,但是该种实现不应认为超出本申请的范围。
[0265] 至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案,领域内技术人员应该理解的是,本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式,在不偏离本申请的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。
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