[发明专利]一种复合操纵面无人机的对称机动载荷减缓方法

说明书

本发明涉及一种复合操纵面无人机的对称机动载荷减缓方法，包括如下步骤：建立承担相同机动功能的操纵面对全机气动力贡献的数学矩阵模型，获取各自贡献比例K_dCLi、K_dCmi；建立机动操纵舵面功能定义优化数学模型；建立承担相同机动功能的操纵面部件力及其对翼面载荷影响的数学矩阵模型，获取操纵面铰链力矩系数Cmji以及对翼面展向载荷分布的影响比例K_dFzi、K_dMxi、K_dMyi；对操纵面所在位置的翼面结构最大厚度进行分析，获取沿展向的分布特性D_i；采用优化方法求解复合操纵面最优分配比例方案。本发明实现了非等比的舵面载荷分配和翼面载荷增量分配，符合翼面结构的设计方案和优化趋势，为结构优化减重和飞行控制提供可以实施的操纵策略，降低全机重量。

技术领域

本发明涉及无人机复合操纵面的载荷设计技术。

背景技术

操纵面是控制飞行器实现矢量方向改变的主要部件，为减轻结构重量和提高飞行器生存力，无人机常采用多操纵面复合设计，各操纵面根据布局所在位置，承担多种操纵功能。不同的功能组合策略可能对翼面载荷和操纵面载荷带来不同的严重载荷工况，进而影响其结构方案设计和方案优化，最终影响全机重量和机动性能。

公开的资料一般关注复合操纵面非线性特性和基于操纵特性优化的控制分配方法。例如：《无尾飞翼飞机多操纵面控制分配技术研究》主要关注了多操纵面控制分配系统设计及对飞行品质的影响；《考虑非线性影响的飞翼布局无人机多舵面分配方法研究》对不同飞行阶段的多目标舵面分配方法进行了研究，对机动中的舵面分配目标局限于单舵偏最小，但无人机机动时对阻力并无显著的需求限制，单舵偏最小仅仅对舵面的载荷有所优化，但该分配原则并不一定能发挥复合操纵面的最大优势，对全机机动载荷的影响也不一定是有利的。

在无人机机动飞行中，承担升降副翼功能的操纵面往往不止一个，不同展向位置的操纵面偏转会对机翼安定面流场产生不同影响，进而影响机翼弯、剪、扭的展向分布，影响结构方案和优化。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提出一种复合操纵面无人机的对称机动载荷减缓方法，本发明考虑操纵面铰链力矩和翼面总载/载荷展向分布的优化，为结构优化减重和飞行控制提供可以实施的操纵策略，降低全机重量、提高机动性能。

本发明的技术方案如下：一种复合操纵面无人机的对称机动载荷减缓方法，复合操纵面无人机的对称机动载荷减缓过程包括如下步骤：

A、建立承担相同机动功能的操纵面对全机气动力贡献的数学矩阵模型，获取各自贡献比例K_dCLi、K_dCmi；

B、建立机动操纵舵面功能定义优化数学模型；

C、建立承担相同机动功能的操纵面部件力及其对翼面载荷影响的数学矩阵模型，获取操纵面铰链力矩系数Cmji以及对翼面展向载荷分布的影响比例K_dFzi、K_dMxi、K_dMyi；

D、对操纵面所在位置的翼面结构最大厚度进行分析，获取沿展向的分布特性D_i；

E、建立机动载荷减缓策略优化数学模型；

F、采用优化方法求解复合操纵面最优分配比例方案。

优选地，步骤A所述的相同机动功能的操纵面对全机气动力贡献的数学矩阵模型，包括对全机升力的贡献比例K_dCLi、和对全机俯仰力矩的贡献比例K_dCmi，如下表所示：

操纵面对全机气动力贡献数学矩阵模型表

优选地，步骤B所述的建立机动操纵舵面功能定义优化数学模型,n为舵面个数：

得到选定升降舵操纵组1～n。