[发明专利]混合式直升机的襟翼与水平尾翼的控制方法

说明书

相关申请

本发明源自2012年5月21日提交的法国专利申请FR12／01434，其内容全部并入本申请。

技术领域

本发明涉及旋转翼飞行器的飞行力学领域。具体涉及一种该飞行器在高速飞行的稳定阶段的控制方法。还涉及用于该飞行器的控制设备。

该方法和设备适合混合式直升机，例如，装有辅助推进的旋转翼飞行器。

常规的旋转翼飞行器包括至少一个主旋转翼，其用来为飞行器提供升力和推进力，以及机身和动力设备。

混合式直升机还包括至少一个推进螺旋桨和一个提供升力的表面(或简称为“升力面”)，一般由位于机身两侧的两个半翼或飞行器一端的水平尾翼构成。

例如，两个可变螺距推进螺旋桨位于机身两侧，每个可变螺距推进螺旋桨位于一个半翼上。

此外，每个半翼可能会配备至少一个活动襟翼，使每个半翼的升力能够被修正。同样地，水平尾翼包括至少一个活动表面，以修正水平尾翼的升力。活动表面可由升降舵表面或整个水平尾翼组成。

两个半翼的主要功能是为混合式直升机提供升力，当其高速飞行时，推进螺旋桨使其能够达到这样的速度。与此相反，它也能使飞行器以比巡航速度慢的合适的飞行速度飞行。

当高速向前飞行时，混合式直升机的活动水平尾翼或升降舵表面相当于飞行器中的俯仰角校正器。当活动水平尾翼(或其升降舵表面)使用各种判断标准(例如飞行器姿态或主旋翼主轴的实际弯距)来调整飞行器的俯仰平衡点时，混合式直升机的俯仰控制采用主旋翼的循环控制。在这种结构中，半翼贡献了将飞行器保持在空中的飞行器总升力。因此，当高速向前飞行时，主旋翼提供了混合式直升机的部分升力，并且有助于向前飞行。

因此，可以看出，在高速向前飞行时对混合式直升机的领航需要控制机构，以修正半翼和水平尾翼的升力，还有推进螺旋桨的螺距。

因此，在高速向前飞行过程中，除了旋转翼飞行器的传统控制之外，为了能够管理飞行器混合式直升机的特殊控制，飞行员的工作量非常庞大和复杂。

因此，本发明的目的是提供一种辅助飞行员的方法，以确定和调整半翼和水平尾翼的升力，特别是在稳定飞行阶段的混合式直升机。

术语“稳定飞行阶段”被用于表示高速向前飞行的阶段，并因此用于混合式直升机，当飞行条件恒定时，即，当主飞行参数恒定时。这特别适用于垂直速度和飞行器航道。恒定的垂直速度可通过保持与飞行器常量中的相关的姿态和／或角度来精确获得。在垂直速度为0的特殊情况下，恒定姿态出现稳定飞行阶段，然后就可以简称为“巡航”飞行。恒定的航道对应飞行器不改变航向的航道。在这样的稳定飞行阶段，前进速度最好也是恒定的。不过，也可以变化，但通常缓慢变化。在本发明的方法中，动态变化缓慢发生，因此，本方法能以该种方式与向前速度的变化兼容。

背景技术

美国专利文献US2008／0237392描述了混合式直升机，其用控制系统控制飞行器的所有控制机构。飞行器结合有数据库，数据库包括优化的且用于不同飞行条件和不同飞行形式的预设义飞行参数。

飞行员选择需要的飞行形式，例如，燃油消耗最低、振动最低或实际前进速度最大。控制系统通过结合在混合式直升机中的各种传感器中来选择飞行条件，然后，从数据库中选择各种预设义的设置，以实现与这样的飞行条件相对应的飞行器的各种控制。

然后，控制系统将这些预设义设置传送到自动驾驶仪，在没有驾驶员的干涉下，自动驾驶仪将它们用于混合式直升机的各种控制部件中。

法国专利文献FR2959205描述了一种方法，其控制和调节混合式直升机在稳定高速前进时水平尾翼的偏转角。调整偏转角的目的是优化飞行器消耗的功率。

该方法包括三个调节环路。第一环路通过纵向循环螺距来控制飞行器的姿态，第二环路通过推进螺旋桨的螺距来控制飞行器的前进速度。这两个环路确保飞行器稳定在轴向姿态和前进速度上。最后，当保持轴向姿态和前进速度恒定时，第三环路通过水平尾翼的偏转角来优化飞行器的功率。

水平尾翼偏转角的任何变化都会改变其升力。因此，既然飞行器的轴向姿态通过第一调节环路保持恒定，那么水平尾翼的该升力变化有助于影响机身在俯冲或升起时的螺距。然后，它在适合主旋转翼的方向上作用，因此，它倾向于所需要的“升起”姿态或“俯冲”姿态以计算尾翼的螺距的影响。