地效飞行器主动吹吸气增稳控制方法及增稳控制装置

本发明涉及地效飞行器，尤其是涉及一种主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法及增稳型地效飞行器。

背景技术：

1、地面效应是飞行器在近地面或近水面飞行时，受到地面或水面边界影响，空气绕流发生变化，升阻比提高的一种流体力学现象。地效飞行器是一种可以通过贴近地面或水面飞行利用地面效应进行高速载运的运输工具。地效飞行器相较于传统船舶拥有更高的巡航速度，同时可以进行近地、近海以及爬升飞行，适用于多种地形及海况，更加灵活高效。相较于普通飞行器，地效飞行器机身空间更大、有效利用地面效应，具有更好的载运能力与更低的每公斤每公里油耗。地效飞行器载运量大、起降灵活、油耗低、多地形适用等特点使其在民用运输、应急救援及军事补给等领域具有良好前景。

2、现有地效飞行器在近海巡航时飞行高度较低，气动特性受海面波浪影响大。在波浪起伏的状况下，地效飞行器气动特性变化复杂，其相对高度不断变化，所受升力也不断变化，造成飞行器的颠簸与不稳定，使得飞行器运输过程中安全性大幅下降。在高海况下，为减少升力波动及机身触水造成的不稳定状态，现有地效飞行器运行多采用提高巡航高度的方案，这一操作大大减少了地面效应提供的升力，提高了运行成本。同时，由于海况复杂多变，地效飞行器还可能产生失速、倾斜等状况，人工处理对驾驶员的要求较高，安全性低。特别是近年来，随着我国走向深蓝海洋战略的需求，以及南海岛链快速运输补给的需求，对海上高速、安全的运输提供了迫切的愿望。因此，高速地效飞行器成为了解决这一系列问题的关键，而其中如何保障地效飞行器在海浪情况下的稳定性和安全性是首当其冲需要解决的关键技术问题。针对这一问题，本专利通过对地效飞行器增加增稳控制装置，并通过传感器来获得波浪的特征参数，进而计算出飞行器气动特性变化，通过计算模块计算出主动流动控制吹吸气流速，以抵消波浪导致的气动升力波动，从而达到地效飞行器增稳控制的目的。本专利方法可以大大提高地效飞行器运行过程中的气动稳定性与安全性，为我国未来海上地效飞行器的安全稳定运行提供了技术保障。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法及增稳型地效飞行器，以提高地效飞行器在复杂海况下运输的稳定性和安全性。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法，所述方法包括：

4、获得地效飞行器前方海面波浪波高、波长、波速及所述地效飞行器在测试点的初始相位；

5、通过所述波高、波长、波速数据计算地效飞行器主翼下翼面气动中心处所受到的压力，记为主压力；

6、根据计算随波浪周期变化而影响的翼面与波浪的距离h，其中v为波速，x为测量点距翼面气动中心的距离，λ为波长，为测量点的初始相位，a为波浪波高；

7、根据主翼下翼面与地效边界距离h计算吹气的气流速度；

8、根据所述吹气气流速度控制主翼下翼面吹吸喷口的开关以及气体流速。

9、进一步的，所述根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算吹吸气的气流速度，包括：

10、cl＝f1(h,p∞)  (1)

11、

12、δcl＝f2(v)  (3)

13、根据式(1)(2)(3)得到：

14、

15、其中，cl为地效飞行器升力系数，δcl为波浪导致的升力系数波动值，h为平均波高，p∞为来流平均气压，v为吹吸喷口的气流速度。

16、进一步的，根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算上翼面吹吸气的气流速度为：

17、

18、进一步的，所述根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算下翼面吹吸气的气流速度为：

19、

20、本申请还提供一种增稳型地效飞行器，所述地效飞行器包括：波浪雷达探测器、主动流动控制装置的机翼翼面以及反馈控制器系统；

21、所述波浪雷达探测器，位于地效飞行器主翼前缘，用于探测波浪波高、波长、波速及测试点的初始相位；

22、所述主动流动控制装置位于主机翼内并贯穿主机翼，其包括气体管道、作动机构、气体流速控制器、吹气口开关控制阀门、上下吹气喷口；

23、所述反馈控制器系统包括：波浪数据获取模块、波浪变化计算单元、吹气速度计算单元、吹吸气装置控制单元。

24、进一步的，所述波浪数据获取模块，用以获取雷达探测器探测所得的波浪波长、波速及测试点的初始相位；

25、所述波浪变化计算单元，用以通过获取的波浪数据及计算计算随波浪周期变化而影响的翼面与波浪的距离；

26、所述吹气速度计算单元，通过吹气动量系数及对吹气速度进行计算；

27、所述吹吸气装置控制单元，用以根据吹气速度计算单元计算所得主吹气速度控制吹吸气装置中阀门的开关以及气体流速。

28、进一步的，所述反馈控制器系统还包括波浪增稳吹气动量计算单元，具体包括：

29、所述吹气速度计算单元，通过计算吹气动量。

30、根据本发明提供的实施例，本发明公开以下技术成果：本发明提供一种主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法及增稳型地效飞行器，通过波浪监测雷达计算地效飞行器所受升力变化，用翼面吹吸气装置使飞行器所受升力保持稳定，提高了地效飞行器在波浪海面下运输的稳定性和安全性。

31、本专利通过对地效飞行器增加增稳控制装置，并通过传感器来获得波浪的特征参数，进而计算出飞行器气动特性变化，通过计算模块计算出主动流动控制吹吸气流速，以抵消波浪导致的气动升力波动，从而达到地效飞行器增稳控制的目的。本专利方法可以大大提高地效飞行器运行过程中的气动稳定性与安全性，为我国未来海上地效飞行器的安全稳定运行提供了技术保障。

技术特征：

1.一种主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法，其特征在于，所述根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算吹吸气的气流速度，包括：

3.如权利要求2所述的主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法，其特征在于，根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算上翼面吹吸气的气流速度为：

4.如权利要求2所述的主动吹吸气的地效飞行器增稳控制方法，其特征在于，所述根据主翼下翼面与波浪的距离h和来流气压p∞计算下翼面吹吸气的气流速度为：

5.一种增稳型地效飞行器，其特征在于，所述地效飞行器包括：波浪雷达探测器、主动流动控制装置的机翼翼面以及反馈控制器系统；

6.如权利要求5所述的增稳型地效飞行器，其特征在于，所述波浪数据获取模块，用以获取雷达探测器探测所得的波浪波长、波速及测试点的初始相位；

7.如权利要求5所述的增稳型地效飞行器，其特征在于，所述系统还包括波浪增稳吹气动量计算单元，具体包括：

技术总结本发明公开了一种地效飞行器主动吹吸气增稳控制方法及增稳控制装置，该地效飞行器包括波浪雷达探测器、包含主动流动控制装置的机翼翼面以及反馈控制器，波浪雷达探测器位于主机翼前缘，主动流动控制装置位于主机翼内并贯穿主机翼，反馈控制器主要包括波浪数据获取模块、波浪变化计算单元、吹气速度计算单元、吹吸气装置控制单元。该方法包括：获取飞行器前方波浪状况，计算升力系数在波浪变化下的变化，控制吹吸气装置按照吹气速度开合并进行吹吸气，通过吹气提供的升力平衡地效飞行器受波浪而产生的升力波动量。本发明可以用于地效飞行器复杂海况飞行时保持升力稳定，提高地效飞行器的气动稳定性与安全性。技术研发人员：孙智,宋晓,孙建红,刘文浩,陈致远受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5