一種雙通道變質(zhì)心飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙通道變質(zhì)心飛行器，屬于飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]變質(zhì)心控制技術(shù)是飛行器設(shè)計(jì)的一個(gè)新的技術(shù)。對于采用變質(zhì)心控制技術(shù)的飛行器，目前國內(nèi)外的研究主要集中在變質(zhì)心動(dòng)力學(xué)與變質(zhì)心控制方法的研究上；目前大多把變質(zhì)心控制與其他控制方式(如空氣舵、反作用姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)等)同時(shí)使用
[0003]公開(公告)號(hào)為CN103913991A的中國專利，公開了一種高速軸對稱飛行器復(fù)合控制方法，采用變質(zhì)心和氣動(dòng)舵復(fù)合控制，采用三軸穩(wěn)定再入飛行器的控制方式，俯仰、偏航通道通過兩滑塊來進(jìn)行控制，滾動(dòng)通道利用差動(dòng)副翼來實(shí)行控制。該專利僅能實(shí)現(xiàn)單通道變質(zhì)心控制。
[0004]公開(公告)號(hào)為CN104166348A的中國專利，公開了一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性判定方法，可以判斷不同滑塊偏移距離下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，主要側(cè)重于控制穩(wěn)定性判定方法的研究。文章“飛行器變質(zhì)心控制及性能分析”(宇航學(xué)報(bào)，2010年09期)推導(dǎo)了滑塊運(yùn)動(dòng)與飛行器姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，側(cè)重于分析質(zhì)心的軸向和側(cè)向偏移對飛行器配平攻角的影響。文章“變質(zhì)心彈頭的自適應(yīng)模糊滑?？刂啤?清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008年S2期)采用自適應(yīng)模糊滑模控制方法設(shè)計(jì)俯仰通道和偏航通道的變質(zhì)心控制系統(tǒng)。上述公開文獻(xiàn)均未涉及飛行器變質(zhì)心具體實(shí)現(xiàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種雙通道變質(zhì)心飛行器，不需要空氣舵和反作用姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，首次采用純變質(zhì)心控制的方式實(shí)現(xiàn)飛行器俯仰和滾轉(zhuǎn)通道的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行器的大攻角、大傾側(cè)角飛行。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種雙通道變質(zhì)心飛行器，包括頭部、中段和尾段，中段艙體內(nèi)設(shè)有雙通道變質(zhì)心裝置，所述雙通道變質(zhì)心裝置包括有效載荷，所述有效載荷分為兩組，其中一組有效載荷可沿本體坐標(biāo)系X軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另一組有效載荷可沿本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器質(zhì)心在本體坐標(biāo)系X軸和本體坐標(biāo)系Z軸上的變化。
[0008]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，雙通道變質(zhì)心裝置還包括滑軌和伺服機(jī)構(gòu)，其中有效載荷安裝在滑軌上，可沿滑軌進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，伺服機(jī)構(gòu)與有效載荷連接，用于驅(qū)動(dòng)有效載荷運(yùn)動(dòng)。
[0009]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，有效載荷為四個(gè)，每組各兩個(gè)，其中一組有效載荷沿本體坐標(biāo)系X軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另外一組有效載荷沿本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0010]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，有效載荷主體為圓柱形結(jié)構(gòu)。
[0011]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，雙通道變質(zhì)心裝置還包括多個(gè)連接部件，所述多個(gè)連接部件沿有效載荷軸線方向分布，并固定在有效載荷上，有效載荷通過連接部件與滑軌連接，并沿滑軌運(yùn)動(dòng)。
[0012]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，沿本體坐標(biāo)系X軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)有效載荷分別為第一有效載荷和第二有效載荷，其中第一有效載荷安裝在第一滑軌組上，第二有效載荷安裝在第二滑軌組上；沿本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)有效載荷分別為第三有效載荷和第四有效載荷，其中第三有效載荷和第四有效載荷共同安裝在第三滑軌組和第四滑軌組上，且第一有效載荷和第二有效載荷分別位于飛行器中段艙體內(nèi)的頂部和底部，第三有效載荷和第四有效載荷則位于第一有效載荷和第二有效載荷之間。
[0013]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，第一滑軌組與第二滑軌組的安裝方向與第一有效載荷和第二有效載荷的軸線及本體坐標(biāo)系X軸平行，且第一有效載荷位于第一滑軌組的兩個(gè)滑軌之間，第二有效載荷位于第二滑軌組的兩個(gè)滑軌之間；所述第三滑軌組與第四滑軌組的安裝方向與第三有效載荷和第四有效載荷的軸線垂直，與本體坐標(biāo)系Z軸平行，且第三有效載荷和第四有效載荷共同位于第三滑軌組的兩個(gè)滑軌和第四滑軌組的兩個(gè)滑軌之間。
[0014]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，有效載荷通過包帶、連接部件與滑軌連接。
[0015]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，第三滑軌組與第四滑軌組之間的距離為第三有效載荷或第四有效載荷長度的40 %?60 %。
[0016]在上述雙通道變質(zhì)心飛行器中，第一滑軌組與第二滑軌組的長度為第一有效載荷或第二有效載荷長度的1.2?1.8倍。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果如下:
[0018](I)、本發(fā)明首次采用獨(dú)特的雙通道變質(zhì)心控制技術(shù)，不需要空氣舵和RCS發(fā)動(dòng)機(jī)，形成一種新的飛行器姿態(tài)控制方式，可控制飛行器的俯仰通道和滾轉(zhuǎn)通道的姿態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行器的大攻角、大傾側(cè)角飛行；
[0019](2)、本發(fā)明飛行器根據(jù)需要使用多個(gè)有效載荷作為滑塊，通過縱向和側(cè)向滑軌實(shí)現(xiàn)質(zhì)心的縱向和側(cè)向變動(dòng)，并通過合理設(shè)計(jì)滑軌和有效載荷的空間布局，可使得兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)不干涉；
[0020](3)、本發(fā)明給出了雙通道變質(zhì)心裝置的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，并對各個(gè)在飛行器中的安裝位置、布局及尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅使雙通道變質(zhì)心裝置結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了安裝空間，不需要增加額外的配重作為滑塊，且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了大范圍雙通道變質(zhì)心，使其作為一種新的飛行器控制方案，應(yīng)用于通用再入飛行器(CAV)等多種飛行器，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明飛行器質(zhì)心的縱向側(cè)向位置變化及本體坐標(biāo)系示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明飛行器俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航通道示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心原理圖；
[0024]圖4為本發(fā)明飛行器側(cè)向變質(zhì)心原理圖；
[0025]圖5a為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖1 ;
[0026]圖5b為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖2 ;
[0027]圖5c為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖3 ;
[0028]圖6a為本發(fā)明飛行器側(cè)向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖1 ;
[0029]圖6b為本發(fā)明飛行器側(cè)向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖2 ;
[0030]圖7為本發(fā)明導(dǎo)軌和連接部件局部放大圖；
[0031]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中某靜穩(wěn)定氣動(dòng)布局飛行器的俯仰通道靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)示意圖；
[0032]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中某靜穩(wěn)定氣動(dòng)布局飛行器偏航通道的靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)示意圖；
[0033]圖10本發(fā)明實(shí)施例中某飛行器自配平攻角和質(zhì)心縱向位置對應(yīng)關(guān)系圖。
[0034]具體實(shí)施方法
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0036]如圖1所示為本發(fā)明飛行器質(zhì)心的縱向側(cè)向位置變化及本體坐標(biāo)系示意圖；圖2為本發(fā)明飛行器俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航通道示意圖；本發(fā)明雙通道變質(zhì)心飛行器，包括頭部1、中段2和尾段3，中段艙體內(nèi)設(shè)有雙通道變質(zhì)心裝置。
[0037]飛行器本體坐標(biāo)系OXYZ定義為:
[0038]O:飛行器質(zhì)心；
[0039]OX 一沿飛行器縱軸，指向頭部；
[0040]OY—在飛行器的縱對稱面內(nèi)，垂直飛行器縱軸，指向背部方向；
[0041]OXYZ為右手直角坐標(biāo)系。
[0042]本發(fā)明雙通道變質(zhì)心裝置包括有效載荷4，有效載荷4分為兩組，其中一組有效載荷4可沿本體坐標(biāo)系X軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另一組有效載荷4可沿本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器質(zhì)心在本體坐標(biāo)系X軸和本體坐標(biāo)系Z軸上的變化。此外雙通道變質(zhì)心裝置還包括滑軌5和伺服機(jī)構(gòu)6，其中有效載荷4安裝在滑軌5上，可沿滑軌5進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，伺服機(jī)構(gòu)6與有效載荷4連接，用于驅(qū)動(dòng)有效載荷4運(yùn)動(dòng)。如圖3所示為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心原理圖；圖4所示為本發(fā)明飛行器側(cè)向變質(zhì)心原理圖。
[0043]以下以飛行器包含四個(gè)有效載荷為例進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0044]如圖5a、5b、5c所示分別為本發(fā)明飛行器縱向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖1、布局圖2和布局圖3，圖6a、6b所示分別為本發(fā)明飛行器側(cè)向變質(zhì)心的滑軌和有效載荷布局圖1和布局圖2;圖5、圖6分別給出了兩種不同質(zhì)心位置的布局圖，由圖可知，有效載荷4主體為圓柱形結(jié)構(gòu)，頭部形狀可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)。有效載荷4為四個(gè)，每組兩個(gè)，分別沿本體坐標(biāo)系X軸、本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0045]沿本體坐標(biāo)系X軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)有效載荷分別為第一有效載荷4-1和第二有效載荷4-2，其中第一有效載荷4-1安裝在第一滑軌組5-1上，第二有效載荷4-2安裝在第二滑軌組5-2上；沿本體坐標(biāo)系Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)有效載荷分別為第三有效載荷4-3和第四有效載荷4-4，其中第三有效載荷4-3和第四有效載荷4-4共同安裝在第三滑軌組5-3和第四滑軌組5-4上，且第一有效載荷4-1和第二有效載荷4-2分別位于飛行器中段2艙體內(nèi)的頂部和底部，第三有效載荷4-3和第四有效載荷4-4則位于第一有效載荷4-1和第二有效載荷4-2之間。
[0046]第一滑軌組5-1與第二滑軌組5-2的安裝方向與第一有效載荷4-1和第二有效載荷4-2的軸線及本體坐標(biāo)系X軸平行，且第一有效載荷4-