基于环量控制的无尾飞翼俯仰和滚转两轴无舵面姿态控制飞行试验

doi:10.7527/S1000-6893.2022.28224

流体力学与飞行力学

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基于环量控制的无尾飞翼俯仰和滚转两轴无舵面姿态控制飞行试验

张刘¹(), 黄勇², 陈辅政¹, 朱正龙¹, 郭天豪¹, 姜裕标¹, 周铸²

^1.中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，绵阳 621000
^2.中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2022-11-04 修回日期:2022-11-29 接受日期:2022-12-26 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-01-18
通讯作者: 张刘 E-mail:lzh2607@126.com

Rudderless attitude control flight test based on circulation control of tailless flying wing in pitch and roll axes

Liu ZHANG¹(), Yong HUANG², Fuzheng CHEN¹, Zhenglong ZHU¹, Tianhao GUO¹, Yubiao JIANG¹, Zhu ZHOU²

^1.Low Speed Aerodynamics Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China
^2.Computational Aerodynamics Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2022-11-04 Revised:2022-11-29 Accepted:2022-12-26 Online:2023-09-25 Published:2023-01-18
Contact: Liu ZHANG E-mail:lzh2607@126.com

摘要/Abstract

摘要：

环量控制通过驱动压缩空气射流产生虚拟舵面实现无舵面飞行控制，显著提高低可探测性。基于无尾飞翼布局无人机，提出基于激励器终端压力反馈的闭环控制策略，自主开发机载多通道闭环控制射流作动系统，并与飞行控制系统进行融合，实现基于主动射流的姿态闭环控制，通过60 m/s巡航速度下飞行试验，定量研究了环量控制用于俯仰和滚转姿态控制能力。结果表明：环量激励器通道组合产生双向连续、稳定的俯仰和滚转控制力矩；射流作动系统响应延迟小于0.02 s，射流作动无人机姿态角速度响应时间小于0.02 s；俯仰环量激励器压比-1.025与升降舵-2.5°舵偏角产生的俯仰力矩相当，滚转环量激励器压比1.050与副翼2.0°舵偏角产生的滚转力矩相当，并分别实现纵向和横向无舵面姿态控制。

关键词: 环量控制, 主动流动控制, 飞行试验, 飞翼, 闭环控制, 射流作动系统

Abstract:

The circulation control is efficient for rudderless flight control by driving the compressed air jet to generate a virtual rudder surface， which significantly improves low detectability. A closed-loop control strategy based on the terminal pressure feedback of the actuator is proposed， and an airborne multi-channel closed-loop control jet actuation system is independently developed， which was fused into flight control system， realized closed loop attitude control based on active jet. Based on the UAV with tailless flying wing configuration， in a fully autonomous flight control mode， the capability of circulation control for pitch and roll attitude control is quantitatively studied through the flight test at 60 m/s cruising speed. The results show that the combination of circulation actuator channels is available for bidirectional continuous and stable control of pitch and roll control torque. The results also show that the response delay of the jet-actuation system is less than 0.02 s， the response time of the jet-actuated UAV at the attitude angle velocity is less than 0.02 s； the pressure ratio -1.025 of the pitch circulation actuator is equivalent to the pitching moment generated by the elevator at -2.5° rudder angle， and the pressure ratio 1.050 of the roll circulation actuator is equivalent to the rolling moment generated by the aileron at 2.0° rudder angle， so as to realize rudderless attitude control in longitudinal and lateral attitude respectively.

Key words: circulation control, active flow control, flight test, flying wing, closed-loop control, jet actuation system

中图分类号:

V211

张刘, 黄勇, 陈辅政, 朱正龙, 郭天豪, 姜裕标, 周铸. 基于环量控制的无尾飞翼俯仰和滚转两轴无舵面姿态控制飞行试验[J]. 航空学报, 2023, 44(18): 128224-128224.

Liu ZHANG, Yong HUANG, Fuzheng CHEN, Zhenglong ZHU, Tianhao GUO, Yubiao JIANG, Zhu ZHOU. Rudderless attitude control flight test based on circulation control of tailless flying wing in pitch and roll axes[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(18): 128224-128224.

图/表 13

图1

图2

图3

图4

图5

表 1

表 2

射流通道组合控制策略

射流舵面	功能	左激励器	右激励器	压力关系
射流升降舵	低头力矩	A状态	A状态	δ_p_L=δ_p_R
	抬头力矩	B状态	B状态
射流副翼	右滚力矩	A状态	B状态	$δ p L$ = $δ p R$
	左滚力矩	B状态	A状态

表 2

图6

图7

图8

图9

图10

图11

参考文献 26

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
机长L/m	1.696
翼展b/m	3.00
平均气动弦长c/m	0.986
参考面积S/m²	1.966 8
质量（满油）m/kg	65.0
X轴转动惯量I_x/（kg·m²）	10.455
Y轴转动惯量I_y/（kg·m²）	8.373
Z轴转动惯量I_z/（kg·m²）	17.775

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