【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器飞行力学与飞行控制设计领域，涉及到一种分布式多旋翼倾转机翼飞行器操纵策略分析方法。
技术介绍
1、垂直起降飞行器具有较为高效的垂直起降性能、悬停、低空低速飞行以及独特的后飞和侧飞能力，使得其可以在复杂地域垂直起降，常规直升机(单旋翼带尾桨构型)前飞时旋翼桨叶左右气流不对称，其最大飞行速度受到很大的限制；同时，受限于旋翼类飞行器的气动效率问题，其航程和航时均十分有限。然而，传统固定翼飞行器却在高速飞行以及长航时飞行上极具优势。倾转机翼类飞行器通过融合旋翼飞行器和固定翼飞行发展出的独特构型，可兼具传统旋翼飞行器和固定翼飞行器的优势，拥有垂直起降、悬停等功能以及高巡航速度、长航程、较高有效载荷等性能，是未来飞行器的发展方向之一。随着机翼倾转，倾转机翼类飞行器在直升机模式、倾转过渡模式和固定翼模式间作转换，因此该类飞行器具有具有多种操纵方式，不同操纵方式的组合都能控制飞行器达到相同的运动状态，从而导致存在复杂的操纵冗余问题。同时结合构型布局分析，该飞行器的潜在控制量远远大于驾驶员的操纵量，严重增加了驾驶员的操纵负荷。因此，为解决操纵冗余问题，降低驾驶员操纵负荷，需制定一种操纵策略，指导该类飞行器进行直升机模式、固定翼模式和倾转过渡模式的操纵切换，同时可提高飞行器的可控制性和安全性。而在现有的文献和公开资料中，并没有公开的分布式多旋翼倾转机翼飞行器的操纵策略。
技术实现思路
1、专利技术目的:为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种分布式多旋翼倾转机翼飞行器操纵策略
2、技术方案
3、一种分布式过驱动倾转机翼飞行器操纵策略分析方法，包括以下步骤：
4、步骤一：确定舵面分配方案；
5、步骤二：确定襟副翼偏置方案；
6、步骤三：计算升力桨转速。
7、进一步，所述步骤一中，舵面分配方案基于最小控制能量融合方法确定；不考虑飞行器飞行条件，认为多个气动舵面的控制始终是联动的，为了充分发挥多个气动舵面联动的效能，采用加权最小控制能量的原则来分配操纵输入，以达到在同样的操纵输入下，尽量使用效率高权限大的舵面，尽量不使用效率低权限小的操纵，最后使得所有的舵面偏角尽量小。
8、进一步，所述步骤一中，分别计算航向、横向和纵向三个操纵通道各自主舵面的操纵分配系数；
9、三通操纵通道操纵面的操纵分配系数构成总体的舵面分配方案。
10、进一步，所述步骤一中，任意一个操纵通道舵面的操纵分配系数计算过程如下：
11、步骤一a：设定加权最小能量控制的目标函数i，公式如下：
12、
13、其中：δ1和δ2作为两个舵面的操纵量，|δ1|max和|δ2|max为对应舵面的操纵量最大值；
14、步骤一b：计算舵面产生的操纵力矩m，公式如下：
15、m＝mδ1δ1+mδ2δ2
16、其中：m为总的操纵力矩，m为总的操纵力矩，mδ1和mδ2分别表示主操纵面δ1和δ2的操纵功效；
17、步骤一c：设mc为期望操纵力矩，根据目标函数i，求得对应的δ1和δ2的最小值；过程如下：
18、利用δ2将δ1表示如下：
19、则加权目标函数表示为：
20、
21、令：则得到如下结果：
22、
23、
24、
25、其中：k1，k2为舵面δ1和δ2的操纵分配系数。
26、进一步，纵向时，δ1为前后推力桨总距差动；δ2为前后襟副翼舵偏差动；
27、横向时，δ1为左右推力桨总距差动；δ2为左右襟副翼舵偏差动；
28、航向时，δ1为对角推力桨总距差动；δ2为左右襟副翼舵偏差动。
29、进一步，所述步骤二中，襟副翼偏置方案确定过程如下：
30、步骤二a：设定不同的前、后机翼襟/副翼偏置方案，计算不同偏置方案的纵向操纵杆量；前、后襟副翼偏转角范围为0～20°，各个机翼上的襟副翼同步偏置；
31、步骤二b：基于matlab中的simulink模块，建立飞行器的飞行力学模型，基于前述的舵面分配方案，配平计算得到不同偏置方案的纵向操纵杆量、俯仰操纵功效和需用功率；
32、步骤二c：综合不同偏置方案的纵向操纵杆量、俯仰操纵功效和需用功率，确定最优的偏置方案：
33、选取纵向杆量为正、数值最小的3～5个襟副翼偏置方案；
34、从中选取需用功率最小的1～3个襟副翼偏置方案；
35、再从中选择俯仰操纵功效最大的一个襟副翼偏置方案。
36、进一步，所述步骤二中，分别确定飞行器在直升机模式下、固定翼模式下和倾转过度模式下的襟副翼偏置方案；
37、在直升机模式下：选取襟副翼不偏转的襟副翼偏置方案；
38、在高速飞行的固定翼模式下：选取襟副翼不偏转的襟副翼偏置方案；
39、在低速飞行的固定翼模式下：根据步骤二a～步骤二d确定襟副翼偏置方案
40、在倾转过度模式下：根据步骤二a～步骤二d确定襟副翼偏置方案。
41、进一步，所述步骤三中，过程如下：
42、步骤三a，基于飞行器z直升机模式、固定翼模式和倾转过渡模式下的机翼倾角范围，设定前、后机翼倾转角：
43、机翼倾角范围为0～90°，前、后机翼同步倾转，倾角相同。
44、步骤三b，设定整个飞行过程中，推力桨/升力桨拉力比例范围：
45、根据推力桨、升力桨最大转速范围和升力桨折叠要求，设定推力桨/升力桨拉力比例范围为0.1～0.5；
46、步骤三c，基于matlab中的simulink模块，根据步骤一确定的舵面分配方案和步骤二确定的襟副翼偏置方案，完善飞行器的飞行力学模型，设定前飞速度，开展配平计算，得到需用功率：
47、在不考虑传动效率的情况下，全机需用功率为旋翼需用功率，表达式为：
48、
49、其中，ptlj，pslj为推力桨、升力桨需用功率，η为旋翼效率。
50、第四步，选取最小需用功率对应的推力桨/升力桨拉力比例为合适范围，换算得到升力桨转速。
51、一种飞行器，所述飞行器通过所述的方法确定的操纵策略进行操纵。
52、有益效果
53、本专利技术采用分布式多旋翼动力系统组和倾转机翼机构，通过倾转机翼机构控制飞行器的飞行模式，包括多旋翼垂直模式、固定翼高速巡航模式、倾转过渡任务模式，实现飞行器长航程、大前飞速度、高有效载荷的性能提升；
54、采用分布式多旋翼动力系统组和前后机翼、副翼、襟翼、方向舵等结构，通过制定直升机模式、固定翼模式和倾转过渡模式的操纵策略，完成了不同模式下的控制切换，实现了不同模式下的转换；
55、采用分布式动力系统，拥有极高的动力冗余，在部分动力失效或控制面卡制、破损等情况下仍可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式过驱动倾转机翼飞行器操纵策略分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，舵面分配方案基于最小控制能量融合方法确定；不考虑飞行器飞行条件，认为多个气动舵面的控制始终是联动的，为了充分发挥多个气动舵面联动的效能，采用加权最小控制能量的原则来分配操纵输入，以达到在同样的操纵输入下，尽量使用效率高权限大的舵面，尽量不使用效率低权限小的操纵，最后使得所有的舵面偏角尽量小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，分别计算航向、横向和纵向三个操纵通道各自主舵面的操纵分配系数；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，任意一个操纵通道舵面的操纵分配系数计算过程如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，襟副翼偏置方案确定过程如下：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，分别确定飞行器在直升机模式下、固定翼模式下和倾转过度模式下的襟副翼偏置方
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，过程如下：
9.一种飞行器，其特征在于：所述飞行器通过权利要求1-8中任一项所述的方法确定的操纵策略进行操纵。
...【技术特征摘要】
1.一种分布式过驱动倾转机翼飞行器操纵策略分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，舵面分配方案基于最小控制能量融合方法确定；不考虑飞行器飞行条件，认为多个气动舵面的控制始终是联动的，为了充分发挥多个气动舵面联动的效能，采用加权最小控制能量的原则来分配操纵输入，以达到在同样的操纵输入下，尽量使用效率高权限大的舵面，尽量不使用效率低权限小的操纵，最后使得所有的舵面偏角尽量小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，分别计算航向、横向和纵向三个操纵通道各自主舵面的操纵分配系数；
4...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立霞，陈金鹤，汪正中，苏兵兵，刘纪福，黄水林，曾伟，田洪源，侯祥民，马玉杰，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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