一种飞行器气动布局调整方法、装置及电子设备与流程
本发明涉及一种飞行器气动布局调整方法、装置及电子设备，属于飞行器设计领域。
背景技术：
飞行器在设计时先由总体专业和气动专业进行总体原始数据及气动原始数据的设计，得到总体参数、气动参数及预期飞行包线等数据，然后将得到的数据提供给控制专业使控制专业根据上述参数进行控制系统设计。
现有方法，在进行气动布局设计时，常采用传统静稳定性判据来初步及进行气动布局的优化调整。上述气动布局设计方法，主要适用于飞行范围较窄的飞行器，对于飞行空域、速域范围都较大的飞行器而言，采用上述方法需要兼顾全速域、全空域范围内的气动特性，尤其是大马赫数、大迎角状态，所设计飞行器的控制舵面的尺寸很大，从而增加整机重量和舵机能耗。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种飞行器气动布局调整方法及装置，本发明充分挖掘了飞行器控制潜力以放宽控制能力设计约束，从而减小了对控制舵面的结构尺寸的要求，降低了整机重量和舵机能耗。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种飞行器气动布局调整方法，包括：
获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
在一可选实施例中，所述的根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，包括：
根据下式确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数：
其中：ldcsp为横航向组合稳定性参数；arip为副翼-方向舵交联参数；
在一可选实施例中，所述的根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，包括：令所述平面坐标系中：
-1≤ldcsp＜-0.5且arip＜3的区域为第一区间的第一子区间；
0.5≤ldcsp＜1.3且arip＜4的区域为第一区间的第二子区间；
-0.5≤ldcsp＜0.5的区域为第二区间；
-1≤ldcsp＜-0.5且arip≥3的区域为第三区间的第一子区间；
ldcsp≥0.5且arip≥4的区域为第三区间的第二子区间；
ldcsp≥1.3且arip＜4的区域为第三区间的第三子区间。
在一可选实施例中，所述的根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，包括：
将位于所述第三区间的第一子区间中，且靠近所述第一区间的各飞行弹道状态点的arip减小到小于3；将位于所述第三区间的第一子区间中，且靠近所述第二区间的各飞行弹道状态点的ldcsp增大到大于-0.5且小于0.5；
将位于所述第三区间的第二子区间中的各飞行弹道状态点的ldcsp减小到小于0.5且大于-0.5；
将位于所述第三区间的第三子区间中的各飞行弹道状态点的ldcsp减小到小于1.3且大于0.5。
在一可选实施例中，所述的根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局，包括：
当ldcsp减小时，减小航向静稳定性或者增加横向静稳定性；
当ldcsp增大时，增加航向静稳定性或者减小横向静稳定性；
当arip减小时，增加航向方向舵操纵导数或减小滚转副翼操纵导数；
当arip增大时，减小航向方向舵操纵导数或增加滚转副翼操纵导数。
一种飞行器气动布局调整装置，包括：
获取模块，用于获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
坐标建立模块，用于以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
区域划分模块，用于根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
确定模块，用于根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
调整模块，用于根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，以根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
在一可选实施例中，所述获取模块，用于：
根据下式确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数：
其中：ldcsp为横航向组合稳定性参数；arip为副翼-方向舵交联参数；
在一可选实施例中，所述区域划分模块，用于令所述平面坐标系中：
-1≤ldcsp＜-0.5且arip＜3的区域为第一区间的第一子区间；
0.5≤ldcsp＜1.3且arip＜4的区域为第一区间的第二子区间；
-0.5≤ldcsp＜0.5的区域为第二区间；
-1≤ldcsp＜-0.5且arip≥3的区域为第三区间的第一子区间；
ldcsp≥0.5且arip≥4的区域为第三区间的第二子区间；
ldcsp≥1.3且arip＜4的区域为第三区间的第三子区间。
在一可选实施例中，所述调整模块，用于：
将位于所述第三区间的第一子区间中，且靠近所述第一区间的各飞行弹道状态点的arip减小到小于3；将位于所述第三区间的第一子区间中，且靠近所述第二区间的各飞行弹道状态点的ldcsp增大到大于-0.5且小于0.5；
将位于所述第三区间的第二子区间中的各飞行弹道状态点的ldcsp减小到小于0.5且大于-0.5；
将位于所述第三区间的第三子区间中的各飞行弹道状态点的ldcsp减小到小于1.3且大于0.5。
在一可选实施例中，所述的根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局，包括：
当ldcsp减小时，减小航向静稳定性或者增加横向静稳定性；
当ldcsp增大时，增加航向静稳定性或者减小横向静稳定性；
当arip减小时，增加航向方向舵操纵导数或减小滚转副翼操纵导数；
当arip增大时，减小航向方向舵操纵导数或增加滚转副翼操纵导数。
一种电子设备，包括存储器及处理器：
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令；
所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：
获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明实施例提供的飞行器气动布局调整方法，通过在得到飞行器初始设计参数后，确定各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，以根据上述参数将各弹道状态点划分至传统控制策略或耦合控制策略可控区域或非可控区域，并通过调整对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，将位于非可控区域内的弹道状态点调整至可控区域，并根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数调整初始的气动布局，本发明充分利用耦合可控区间，利用了飞行器横向和航向之间的耦合效应，大大降低了对飞行器控制能力需求，充分挖掘了飞行器控制潜力以放宽控制能力设计约束，从而减小了对控制舵面的结构尺寸的要求，降低了整机重量和舵机能耗。
(2)本发明实施例提供的ldcsp可以准确评价横航向耦合运动中横向和航向主要耦合作用的相对大小，arip可以准确评价副翼和方向舵对横航向耦合运动控制的相对作用大小，二者综合后可以判断飞行器是否在可控区域。
(3)本发明实施例提供的根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，是经过大量统计得到的边界划分，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种飞行器气动布局调整方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种平面坐标系区间划分示意图；
图3为本发明一可选实施例提供的一种飞行器气动布局调整方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种飞行器气动布局调整装置示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
参见图1，本发明实施例提供了一种飞行器气动布局调整方法，包括：
步骤101：获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
具体地，本发明实施例中，所述的初始设计参数包括弹道数据和气动数据；横航向组合稳定性参数(lateral-directionalcompositestabilityparameter，ldcsp)可以根据横向静稳定、航向静稳定、弹道攻角等信息确定，副翼-方向舵交联参数(aileron-rudderinterconnectparameter，arip)可以根据横向操纵导数、航向操纵导数及弹道攻角等信息确定；
步骤102：以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
步骤103：根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
具体地，本发明实施例中，所述传统控制策略中副翼控制滚转角、方向舵控制航向增稳及消除侧滑，所述耦合控制策略在传统控制策略的基础上还包括方向舵控制滚转角和/或副翼控制航向增稳；
步骤104：根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
步骤105：根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，以根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
具体地，通过改变ldcsp和arip参数，将待调整的弹道状态点调整到与其临近的第一区间或第二区间内；
具体地，可以根据调整后的横航向组合稳定性参数，重新确定横向静稳定、航向静稳定等信息，根据调整后的副翼-方向舵交联参数重新确定横向操纵导数、航向操纵导数等信息，从而实现对初始气动布局的调整。
本发明实施例提供的飞行器气动布局调整方法，通过在得到飞行器初始设计参数后，确定各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，以根据上述参数将各弹道状态点划分至传统控制策略或耦合控制策略可控区域或非可控区域，并通过调整对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，将位于非可控区域内的弹道状态点调整至可控区域，并根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数调整初始的气动布局，本发明充分利用耦合可控区间，利用了飞行器横向和航向之间的耦合效应，大大降低了对飞行器控制能力需求，充分挖掘了飞行器控制潜力以放宽控制能力设计约束，从而减小了对控制舵面的结构尺寸的要求，降低了整机重量和舵机能耗。
在一可选实施例中，步骤101所述的根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，包括：
利用式(1)确定飞行弹道状态点对应的配平需求参数：
其中：mai*为第i个弹道状态点的马赫数，αi*为第i个弹道状态点的迎角、βi*为第i个弹道状态点的侧滑角、δai*为第i个弹道状态点的副翼配平值、δei*为第i个弹道状态点的升降舵配平值、δri*为第i个弹道状态点的方向舵配平值，cl,i为第i个弹道状态点的滚转力矩系数函数，cm,i为第i个弹道状态点的俯仰力矩系数函数，cn,i为第i个弹道状态点的偏航力矩系数函数；
其中，mai*、αi*及βi*可以根据初始设计参数中的弹道数据获得，δai*、δei*及δri*可由公式(1)确定；
利用式(2)求出飞行弹道数据点如下的气动导数：
其中
根据式(3)和(4)对应的弹道状态点的ldcsp和arip：
其中：ldcsp为横航向组合稳定性参数；arip为副翼-方向舵交联参数；
参见图2，步骤103所述的根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，包括：
所述平面坐标系中：-1≤ldcsp＜-0.5且arip＜3的区域为第一区间的第一子区间(a1区)；
0.5≤ldcsp＜1.3且arip＜4的区域为第一区间的第二子区间(a2区)；
-0.5≤ldcsp＜0.5的区域为第二区间(b区)；
-1≤ldcsp＜-0.5且arip≥3的区域为第三区间的第一子区间(c1区)；
ldcsp≥0.5且arip≥4的区域为第三区间的第二子区间(c2区)；
ldcsp≥1.3且arip＜4的区域为第三区间的第三子区间(c3区)；
步骤105所述的根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，包括：
c1区内各状态点的调整方法：当c1靠近a区时，减小arip到小于3，当靠近b区时，增加ldcsp到大于-0.5且小于0.5；
c2区内各状态点的调整方法：向b区调，减小ldcsp到小于0.5且大于-0.5；
c3区内各状态点的调整方法：向a区调，减小ldcsp到小于1.3且大于0.5；
所述的根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局，包括：
当ldcsp减小时，减小航向静稳定性或者增加横向静稳定性；
当ldcsp增大时，增加航向静稳定性或者减小横向静稳定性；
当arip减小时，增加航向方向舵操纵导数或减小滚转副翼操纵导数；
当arip增大时，减小航向方向舵操纵导数或增加滚转副翼操纵导数。
如图3所示，在一可选实施例中，对于位于第一区间和第二区间内的各飞行弹道状态点的ldcsp及arip不作调整。
参见图4，本发明实施例还提供了一种飞行器气动布局调整装置，包括：
获取模块10，用于获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
坐标建立模块20，用于以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
区域划分模块30，用于根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
确定模块40，用于根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
调整模块50，用于根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，以根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
本发明装置实施例与方法实施例一一对应，具体描述及效果参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器：
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令；
所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：
获取飞行器初始设计参数，并根据所述初始设计参数确定飞行器各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
以所述横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数为横纵坐标，建立平面坐标系；
根据预设边界将所述平面坐标系划分成第一区间、第二区间和第三区间，所述第一区间为传统控制策略可控区间，第二区间为耦合控制策略可控区间，第三区间为所述传统控制策略和耦合控制策略均不可控区间；
根据确定的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，确定各飞行弹道状态点所在区间；
根据位于所述第三区间内各飞行弹道状态点与所述第一区间及第二区间的位置关系，调整位于所述第三区间的各飞行弹道状态点对应的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数；
根据调整后的横航向组合稳定性参数和副翼-方向舵交联参数，调整初始气动布局。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
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