一种双通道变质心飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双通道变质心飞行器，属于飞行器设计技术领域。
【背景技术】
[0002]变质心控制技术是飞行器设计的一个新的技术。对于采用变质心控制技术的飞行器，目前国内外的研究主要集中在变质心动力学与变质心控制方法的研究上；目前大多把变质心控制与其他控制方式(如空气舵、反作用姿态控制发动机等)同时使用
[0003]公开(公告)号为CN103913991A的中国专利，公开了一种高速轴对称飞行器复合控制方法，采用变质心和气动舵复合控制，采用三轴稳定再入飞行器的控制方式，俯仰、偏航通道通过两滑块来进行控制，滚动通道利用差动副翼来实行控制。该专利仅能实现单通道变质心控制。
[0004]公开(公告)号为CN104166348A的中国专利，公开了一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，可以判断不同滑块偏移距离下系统的动态稳定性，主要侧重于控制稳定性判定方法的研究。文章“飞行器变质心控制及性能分析”(宇航学报，2010年09期)推导了滑块运动与飞行器姿态角运动之间的关系，侧重于分析质心的轴向和侧向偏移对飞行器配平攻角的影响。文章“变质心弹头的自适应模糊滑模控制”(清华大学学报(自然科学版)，2008年S2期)采用自适应模糊滑模控制方法设计俯仰通道和偏航通道的变质心控制系统。上述公开文献均未涉及飞行器变质心具体实现方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种双通道变质心飞行器，不需要空气舵和反作用姿态控制发动机，首次采用纯变质心控制的方式实现飞行器俯仰和滚转通道的控制，进而实现飞行器的大攻角、大倾侧角飞行。
[0006]本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0007]一种双通道变质心飞行器，包括头部、中段和尾段，中段舱体内设有双通道变质心装置，所述双通道变质心装置包括有效载荷，所述有效载荷分为两组，其中一组有效载荷可沿本体坐标系X轴往复运动，另一组有效载荷可沿本体坐标系Z轴往复运动，实现飞行器质心在本体坐标系X轴和本体坐标系Z轴上的变化。
[0008]在上述双通道变质心飞行器中，双通道变质心装置还包括滑轨和伺服机构，其中有效载荷安装在滑轨上，可沿滑轨进行往复运动，伺服机构与有效载荷连接，用于驱动有效载荷运动。
[0009]在上述双通道变质心飞行器中，有效载荷为四个，每组各两个，其中一组有效载荷沿本体坐标系X轴往复运动，另外一组有效载荷沿本体坐标系Z轴往复运动。
[0010]在上述双通道变质心飞行器中，有效载荷主体为圆柱形结构。
[0011]在上述双通道变质心飞行器中，双通道变质心装置还包括多个连接部件，所述多个连接部件沿有效载荷轴线方向分布，并固定在有效载荷上，有效载荷通过连接部件与滑轨连接，并沿滑轨运动。
[0012]在上述双通道变质心飞行器中，沿本体坐标系X轴往复运动的两个有效载荷分别为第一有效载荷和第二有效载荷，其中第一有效载荷安装在第一滑轨组上，第二有效载荷安装在第二滑轨组上；沿本体坐标系Z轴往复运动的两个有效载荷分别为第三有效载荷和第四有效载荷，其中第三有效载荷和第四有效载荷共同安装在第三滑轨组和第四滑轨组上，且第一有效载荷和第二有效载荷分别位于飞行器中段舱体内的顶部和底部，第三有效载荷和第四有效载荷则位于第一有效载荷和第二有效载荷之间。
[0013]在上述双通道变质心飞行器中，第一滑轨组与第二滑轨组的安装方向与第一有效载荷和第二有效载荷的轴线及本体坐标系X轴平行，且第一有效载荷位于第一滑轨组的两个滑轨之间，第二有效载荷位于第二滑轨组的两个滑轨之间；所述第三滑轨组与第四滑轨组的安装方向与第三有效载荷和第四有效载荷的轴线垂直，与本体坐标系Z轴平行，且第三有效载荷和第四有效载荷共同位于第三滑轨组的两个滑轨和第四滑轨组的两个滑轨之间。
[0014]在上述双通道变质心飞行器中，有效载荷通过包带、连接部件与滑轨连接。
[0015]在上述双通道变质心飞行器中，第三滑轨组与第四滑轨组之间的距离为第三有效载荷或第四有效载荷长度的40 %?60 %。
[0016]在上述双通道变质心飞行器中，第一滑轨组与第二滑轨组的长度为第一有效载荷或第二有效载荷长度的1.2?1.8倍。
[0017]本发明与现有技术相比的有益效果如下:
[0018](I)、本发明首次采用独特的双通道变质心控制技术，不需要空气舵和RCS发动机，形成一种新的飞行器姿态控制方式，可控制飞行器的俯仰通道和滚转通道的姿态，进而实现飞行器的大攻角、大倾侧角飞行；
[0019](2)、本发明飞行器根据需要使用多个有效载荷作为滑块，通过纵向和侧向滑轨实现质心的纵向和侧向变动，并通过合理设计滑轨和有效载荷的空间布局，可使得两个方向的运动不干涉；
[0020](3)、本发明给出了双通道变质心装置的优选设计方案，并对各个在飞行器中的安装位置、布局及尺寸进行了优化设计，不仅使双通道变质心装置结构紧凑，节省了安装空间，不需要增加额外的配重作为滑块，且进一步实现了大范围双通道变质心，使其作为一种新的飞行器控制方案，应用于通用再入飞行器(CAV)等多种飞行器，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1为本发明飞行器质心的纵向侧向位置变化及本体坐标系示意图；
[0022]图2为本发明飞行器俯仰、滚转、偏航通道示意图；
[0023]图3为本发明飞行器纵向变质心原理图；
[0024]图4为本发明飞行器侧向变质心原理图；
[0025]图5a为本发明飞行器纵向变质心的滑轨和有效载荷布局图1 ;
[0026]图5b为本发明飞行器纵向变质心的滑轨和有效载荷布局图2 ;
[0027]图5c为本发明飞行器纵向变质心的滑轨和有效载荷布局图3 ;
[0028]图6a为本发明飞行器侧向变质心的滑轨和有效载荷布局图1 ;
[0029]图6b为本发明飞行器侧向变质心的滑轨和有效载荷布局图2 ;
[0030]图7为本发明导轨和连接部件局部放大图；
[0031]图8为本发明实施例中某静稳定气动布局飞行器的俯仰通道静稳定导数示意图；
[0032]图9为本发明实施例中某静稳定气动布局飞行器偏航通道的静稳定导数示意图；
[0033]图10本发明实施例中某飞行器自配平攻角和质心纵向位置对应关系图。
[0034]具体实施方法
[0035]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0036]如图1所示为本发明飞行器质心的纵向侧向位置变化及本体坐标系示意图；图2为本发明飞行器俯仰、滚转、偏航通道示意图；本发明双通道变质心飞行器，包括头部1、中段2和尾段3，中段舱体内设有双通道变质心装置。
[0037]飞行器本体坐标系OXYZ定义为:
[0038]O:飞行器质心；
[0039]OX 一沿飞行器纵轴，指向头部；
[0040]OY—在飞行器的纵对称面内，垂直飞行器纵轴，指向背部方向；
[0041]OXYZ为右手直角坐标系。
[0042]本发明双通道变质心装置包括有效载荷4，有效载荷4分为两组，其中一组有效载荷4可沿本体坐标系X轴往复运动，另一组有效载荷4可沿本体坐标系Z轴往复运动，实现飞行器质心在本体坐标系X轴和本体坐标系Z轴上的变化。此外双通道变质心装置还包括滑轨5和伺服机构6，其中有效载荷4安装在滑轨5上，可沿滑轨5进行往复运动，伺服机构6与有效载荷4连接，用于驱动有效载荷4运动。如图3所示为本发明飞行器纵向变质心原理图；图4所示为本发明飞行器侧向变质心原理图。
[0043]以下以飞行器包含四个有效载荷为例进行详细描述:
[0044]如图5a、5b、5c所示分别为本发明飞行器纵向变质心的滑轨和有效载荷布局图1、布局图2和布局图3，图6a、6b所示分别为本发明飞行器侧向变质心的滑轨和有效载荷布局图1和布局图2;图5、图6分别给出了两种不同质心位置的布局图，由图可知，有效载荷4主体为圆柱形结构，头部形状可以根据需要设计。有效载荷4为四个，每组两个，分别沿本体坐标系X轴、本体坐标系Z轴往复运动。
[0045]沿本体坐标系X轴往复运动的两个有效载荷分别为第一有效载荷4-1和第二有效载荷4-2，其中第一有效载荷4-1安装在第一滑轨组5-1上，第二有效载荷4-2安装在第二滑轨组5-2上；沿本体坐标系Z轴往复运动的两个有效载荷分别为第三有效载荷4-3和第四有效载荷4-4，其中第三有效载荷4-3和第四有效载荷4-4共同安装在第三滑轨组5-3和第四滑轨组5-4上，且第一有效载荷4-1和第二有效载荷4-2分别位于飞行器中段2舱体内的顶部和底部，第三有效载荷4-3和第四有效载荷4-4则位于第一有效载荷4-1和第二有效载荷4-2之间。
[0046]第一滑轨组5-1与第二滑轨组5-2的安装方向与第一有效载荷4-1和第二有效载荷4-2的轴线及本体坐标系X轴平行，且第一有效载荷4-