流体推力矢量技术验证机研制及飞行试验研究

为验证被动二次流推力矢量技术的有效性,评估其飞行控制能力,研制了一架基于被动二次流推力矢量动力装置的验证机模型并开展了飞行试验研究。以完成筋斗机动动作的时间和半径作为流体推力矢量控制性能的评估参数。采用微型航姿传感器记录了验证机模型在有无流体矢量作用时完成筋斗动作的俯仰角和俯仰角速度数据,并通过无线数据传输装置传回地面加以储存和分析。飞行试验结果显示,在使用流体矢量情况下,验证机完成筋斗机动动作的半径由单独舵面控制时的约9倍机身长度减小为2倍机身长度、平均时间由4.93s降为2.28s、最大俯仰角速度的均值由114.5°/s提高到了270.3°/s。该结果证实了被动二次流推力矢量技术在急剧飞行状态下能够发挥作用,且具有较强的姿态控制效能。     

从X-31到X-50盘点美国的X系列飞行器研究

美国的X系列飞行器研究覆盖面很广。远的我们可以想到X-31推力矢量技术验证机,近的可以想到X-43高超音速验证机、X-45无人战斗机。X系列飞行器研究目前的状况如何?这正是本文要告诉读者的     

一类碟型飞行器质量/推力矢量复合控制研究

推导了基于质量／推力矢量复合控制的一类碟型飞行器空间六自由度运动动力学方程。以纵向运动为例，对模型进行了合理简化，进行了稳定性分析和控制器设计．给出了某一特征点上质量控制、推力矢量控制、质量／推力矢量复合控制的仿真曲线．最后进行了纵向运动飞行仿真，给出纵向运动实际飞行轨迹和理想飞行轨迹的对比仿真曲线．证明了控制器设计的有效性。     

具有全向推力矢量的六旋翼无人机设计与建模

针对常规旋翼飞行器飞行速度小和加速飞行时不能保持机体水平姿态等问题,提出了一种具有全向推力矢量的六旋翼无人机设计方案;分析了推力矢量六旋翼在可倾转旋翼结构倾转不同角度时的飞行模式;建立了推力矢量六旋翼的动力学模型,并针对动力学模型设计了PID控制器;最后对动力学模型进行数值仿真验证.结果表明,所设计的推力矢量六旋翼能够悬停,且可以在定速飞行中保持飞行器的水平姿态.     

基于微型涡喷发动机热喷流的无源流体推力矢量喷管的控制规律

流体推力矢量喷管型面固定、活动部件少、结构重量轻，能够为高机动飞行器提供有效的飞行控制手段，但无源流体推力矢量喷管热喷流的偏转控制规律尚未完全掌握。为了推进无源流体推力矢量技术的实用化，本文设计研制了适用于微型涡喷发动机的耐高温喷管模型，对该喷管在微型涡喷发动机热喷流状态下的控制规律进行研究。利用非接触光学显示和测量手段——红外热成像拍摄和粒子图像测速（PIV）技术对主射流流动特性进行研究，获得流动矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律；利用六分量盒式天平测力实验研究无源流体推力矢量喷管的力学特性，获得推力矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律。研究结果表明：该构型喷管在微型涡喷发动机热喷流下主射流连续可控偏转，最大流动矢量角为-12.3°/12.3°，最大推力矢量角为-12.9°/12.8°，控制规律接近线性，不存在主射流偏转突跳问题。     

直接力与推力矢量复合控制技术研究

随着飞行器控制技术的发展,直接力、推力矢量等控制执行技术在飞行器控制领域得到广泛应用。直接力与推力矢量都具有对飞行器姿态控制效率高、精度好等优点,但推力矢量对姿态控制的响应速度不如直接力响应快,而直接力长时间开启会消耗大量燃料。结合直接力与推力矢量的控制特点,设计了直接力与推力矢量复合控制策略。以某飞行器为研究对象,建立了飞行器的动力学与运动学模型以及直接力与推力矢量模型,提出了直接力/矢量推力复合控制技术的分配策略。经仿真验证表明,复合控制方法及控制分配策略使控制系统具有较快的响应速度和控制精度。     

直接力与推力矢量复合伺服控制技术研究

随着飞行器控制技术的发展,直接力、推力矢量等控制执行技术在飞行器控制领域得到广泛应用。直接力与推力矢量都具有对飞行器姿态控制效率高,精度好等优良特点。直接力在调姿过程中,系统动态过程平稳,但对于大姿态偏差情况下,直接控制的系统调整时间较长；推力矢量控制在面对大姿态偏差情况下,系统调整时间较短,但系统动态过程平稳性较差。本文结合直接力与推力矢量控制特点,设计了直接力与推力矢量复合控制策略。以某飞行器为研究对象,建立了飞行器的动力学与运动学模型以及直接力与推力矢量模型,提出了直接力/矢量推力复合控制技术的分配策略。经仿真验证表明,复合控制方法及控制分配策略使控制系统具有较快的响应速度和控制精度。     

喷流反流推力矢量控制

反流推力矢量喷管是当前从事推力矢量控制技术的人们极为感兴趣的方案之一,它属于流体作动式推力矢量喷管中的一种。这种喷管主要是通过对二股吸气反流的控制达到使喷管主流改变方向,进而实现航空发动机的推力矢量控制。该技术的最大优点是省掉了常规机械作动系统和一些运动件,因而,不但减轻了重量、降低了成本,而且还提高了矢量系统的反应敏捷度。若该技术在应用上得以实现,无疑又是航空发动机一次革命性突破,难怪有人把它称之为“跨世纪新技术”。     

气动推力矢量无舵面飞翼的飞行实验

为实现对无舵面飞翼姿态的控制，针对基本型旁路式双喉道气动推力矢量喷管提出了“单发倒Ⅴ双喷管”布局。随后对该布局的喷管进行测力实验，并且最终将其安装在飞行器上进行了成功试飞，并对采集到的飞行数据进行了分析。结果表明:喷管矢量角随喷管阀门开度基本呈线性变化，且无滞回性；安装该布局喷管的飞行器可以不通过舵面控制，仅仅依靠旁路式双喉道气动推力矢量喷管即可有效地控制飞行器姿态；对于所研究的飞行器，在滚转机动性方面，矢量控制与舵面控制效果相近，而对于俯仰机动性，矢量控制效果较弱；后续如果使用该布局喷管控制飞行器姿态时，应当增大两个喷管之间的夹角，将更适用于飞翼布局飞行器的操纵。      

推力矢量技术及其验证机试飞

介绍了推力矢量技术的基本概念和简要发展历程,重点叙述国外在发展推力矢量技术的过程中运用的推力矢量技术验证机及其飞行试验。最后,对我国开展推力矢量技术飞行试验研究提出建议。     

分布式推力矢量控制在超长航时无人机中的应用

由于常规气动舵面在超高空的操纵效率极低,而超高空长航时无人机的分布式推力矢量控制可提供新的飞行操纵系统,因此进行了这种全新分布式纯推力矢量操纵系统的概念探讨.通过剖析国外无人机并分析推力矢量控制机理,定义了该控制系统的操纵体系,建立了飞行控制结构并设计了控制方案,最后提出了尚需深入研究的问题.     

战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。     

无人机综合飞行/推力矢量控制

以某无人机为背景,主要研究大机动时带推力矢量的综合飞行/推进控制系统的设计方法。应用非线性动态逆方法,根据无人机本身具有明显不同时间尺度差异的动力学特性,结合奇异摄动理论将控制变量按照响应快慢分为4个回路进行了控制器的设计与仿真;设计推力矢量控制和气动控制相结合的控制器,实现飞行和推力矢量的控制综合;将无人机的任务转化为对飞行控制的限制条件,对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞机做大机动时的控制要求。     

碟形飞行器复合控制系统的控制分配策略研究

碟形飞行器复合控制系统是一个高度非线性的多输入系统,通过对碟形飞行器所受合外力和力矩的分析并根据纵向运动假设得到碟形飞行器纵向运动简化方程,进行小偏差线性化得到纵向通道变质量矩/推力矢量复合控制线性化方程。针对两类执行机构如何协调控制这一难题,文章采用控制分配思想在结构上对碟形飞行器复合控制系统进行了优化,并分别采用了广义逆控制分配方法和基于二次规划的直接最优分配方法进行了仿真研究,结果表明控制分配方法能有效地协调两类执行机构的控制,并具有较强的鲁棒性。     

矢量推力喷流对飞行器气动载荷影响的研究

矢量推力喷流对飞行器绕流具有干扰作用,引起飞行器气动载荷变化,对飞行器操纵性也有潜在影响。这种气动干扰和载荷变化是矢量推力技术研究的一个重要方面。与普通喷流相比,矢量推力喷流具有喷流偏转的特点,喷流偏转对气动干扰有重要贡献。因此本文采用多块搭接网格模拟了矢量推力飞行器无粘绕流流场,通过力系数和力矩系数对比,探讨了飞行器气动载荷随喷流偏转角的变化规律,这些规律具有理论和实际意义。     

一种基于引射效应的流体推力矢量新技术

流体推力矢量是一种利用流动控制技术实现推力转向的方法,针对现有二次流动控制推力矢量方案的不足,提出了采用引射方式的新型流体推力矢量技术,该技术在喷管套管内利用引射作用产生低压区使主流方向偏转,实现推力转向。并且可以通过限制流量的方法调节主喷流对单侧套管的抽吸程度,使得在喷管套管内产生不同的横向压力梯度,达到了矢量化控制推力转向的目的。运用这一概念设计了矩形矢量喷管,采用数值模拟方法验证了喷管的推力转向效果,探讨了该矢量喷管内喷流转向形成的流动机理,从推力损失、转向效率上对喷管的性能特点进行了分析。计算结果表明:该矢量喷管的最大推力转向角度达到24°,对应喷流附壁状态,在喷流附壁之前可以矢量控制的推力转向角为0°~13°,推力损失在1.5%~7.0%之间变化。最后根据该计算外形以1∶10比例加工了矢量喷管,运用高压气源进行了尾喷流偏转试验。试验表明该矢量喷管在设计状态能够实现射流矢量偏转,从原理上验证了该推力矢量方案的可行性。     

苏-37的推力矢量技术

苏-37是俄罗斯最新研制的具有推力矢量控制的多功能、全天候、高机动性的空中优势战斗机.苏-37战斗机以其杰出的超机动飞行表演轰动了1996年范堡罗国际航空博览会.它不仅使用推力矢量完成了可控制的“眼镜蛇”机动.而且还能完成极小半径的空中筋斗(Kulbit)以及被称为“钟”(Bell)的机动动作.虽然它还是一种实验用原型机,但是它比美国/德国联合研制的X-31“增强战斗机机动性验证机”在1995年巴黎国际航展上的机     

倾转三旋翼无人机纵向推力矢量控制研究

针对倾转三旋翼无人机纵向姿态控制问题开展研究,结合倾转三旋翼无人机构型的特殊性,提出了一种基于推力矢量控制的纵向姿态控制策略,同时基于新型的推力矢量控制方法设计了更高效的倾转三旋翼无人机操纵机制;采用牛顿-欧拉法对倾转三旋翼无人机进行动力学建模分析,通过对机翼采取分段分析的方法,设计了旋翼/机翼下洗载荷模型,并进行了仿真和实地飞行试验。试验结果表明,所提出的纵向姿态控制策略,能有效提高无人机飞行效率,具有更强的速度响应能力,提高了飞行过程中的可靠性和安全性。     

碟形飞行器复合控制主次分配策略

针对碟形飞行器复合控制系统中变质量矩控制子系统的响应特点,提出了变质量矩,推力矢量复合控制的主次分配策略。仿真研究表明,这一分配策略不仅克服了变质量矩控制子系统的扰动影响,而且能够实现变质量矩控制和推力矢量控制两种控制方式的优势互补,达到了良好的控制性能。     

推力矢量控制的鸭式布局无人侦察机气动特性研究

针对推力矢量控制的远距鸭式布局无人侦察机,建立了垂尾和鸭翼在不同安装位置的气动对比模型,并利用CFX模拟各方案巡航状态的流场特性,分析了当鸭翼和垂尾安装位置对无人机气动性能的影响,同时依据推力矢量控制的原理进一步讨论垂尾位置对推力矢量直接力控制稳定性及精确性能的影响,总结出远距鸭式布局推力矢量控制的无人侦察机的几点设计经验,以期为相关设计提供有意义的参考。