本實(shí)用新型屬于流動控制領(lǐng)域，更具體地涉及一種飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置。

背景技術(shù)：

隨著航空技術(shù)和材料科學(xué)的進(jìn)步，飛艇作為一種歷史悠久的航空器，其設(shè)計(jì)制造技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在現(xiàn)代軍事、民用中的價(jià)值更是得到了極大的關(guān)注。低空飛艇中載重飛艇由于其載重量大，不需要跑道可直接垂直起降等優(yōu)勢，得到了很大的關(guān)注。高空飛艇更是因?yàn)槠溟L航時(shí)定點(diǎn)駐空的優(yōu)勢，成為各個(gè)國家研究的熱點(diǎn)。

低空飛艇在航行時(shí)飛艇的姿態(tài)控制主要方法有：調(diào)節(jié)尾翼舵面的偏轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)調(diào)姿副氣囊的充壓以及螺旋槳矢量控制等。高空飛艇由于體積巨大，一般只能通過調(diào)姿副氣囊調(diào)整俯仰角度和通過螺旋槳差動控制偏航角度。與傳統(tǒng)密度重于空氣的航空器相比，飛艇作為一種靠浮力提供升力的航空器，其密度小于空氣，在飛行時(shí)的附加慣性相對于空氣來說不可忽略，這也就導(dǎo)致飛艇航行時(shí)對風(fēng)場的敏感性大。因此在航行時(shí)，即使風(fēng)速不大，飛艇也經(jīng)常存在風(fēng)的干擾，常規(guī)的控制方式如舵面等存在控制力不足無法完成姿態(tài)調(diào)控的缺陷，這對飛艇的發(fā)展和應(yīng)用形成了很大的阻礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于以上問題，本實(shí)用新型的主要目的在于提出一種輔助飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置，用于解決以上技術(shù)問題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提出一種飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置，包括能夠固定于飛艇表面上的若干主動流動控制陣列，該若干主動流動控制陣列能夠可控地部分或全部的開啟或閉合。

進(jìn)一步地，上述若干主動流動控制陣列包括分別環(huán)置于飛艇前部和后部的艇體表面上的兩組主動流動控制陣列。

進(jìn)一步地，上述兩組主動流動控制陣列包括分別位于飛艇表面不同方位的多組主動流動控制單元。

進(jìn)一步地，上述多組主動流動控制單元中的每一個(gè)包括一基板和一電磁驅(qū)動片陣列，其中：

電磁驅(qū)動片陣列由通過一轉(zhuǎn)軸固定于基板上的一個(gè)或多個(gè)電磁驅(qū)動片組成，電磁驅(qū)動片具有與基板貼合的閉合狀態(tài)和與基板形成一角度的開啟狀態(tài)，且開啟狀態(tài)時(shí)開啟方向朝向飛艇后方。

進(jìn)一步地，上述電磁驅(qū)動片為矩形體結(jié)構(gòu)，電磁驅(qū)動片陣列由四個(gè)所述電磁驅(qū)動片組成。

進(jìn)一步地，上述多組主動流動控制單元包括控制飛艇俯仰姿態(tài)的飛艇艇體上方和下方的主動流動控制單元、和/或控制飛艇偏航姿態(tài)的位于飛艇艇體左側(cè)和右側(cè)的主動流動控制單元、和/或控制飛艇翻轉(zhuǎn)姿態(tài)的位于飛艇艇體斜對角方位的主動流動控制單元。

進(jìn)一步地，上述主動流動控制單元通過固定裝置固定，該固定裝置包括一固定環(huán)和一固定板，其中：

固定環(huán)固定于飛艇內(nèi)部，固定環(huán)的環(huán)形部分具有多個(gè)第一螺紋孔；

固定板邊緣部分具有與多個(gè)第一螺紋孔相匹配的多個(gè)第二螺紋孔，固定板上表面具有放置主動流動控制單元的凹槽。

進(jìn)一步地，上述固定環(huán)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，固定板的尺寸與固定環(huán)相匹配。

進(jìn)一步地，上述固定板上表面凹槽的尺寸與主動流動控制單元的尺寸相匹配。

本實(shí)用新型提出的輔助飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置，具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型提出的基于電磁驅(qū)動片的主動流動控制裝置質(zhì)量輕、體積小、耗電低、響應(yīng)快且結(jié)構(gòu)簡單；將電磁驅(qū)動片裝置應(yīng)用在屬于低速飛行器的飛艇上，能夠彌補(bǔ)通常控制方法不能有效控制飛艇姿態(tài)的缺陷；

2、應(yīng)用主動流動控制，改變飛艇飛行時(shí)周身流體的對稱性，從而產(chǎn)生用于俯仰或者偏航的控制力矩，替代或者配合舵面及矢量螺旋槳，完全控制或者輔助控制飛艇飛行的姿態(tài)，使其在高風(fēng)速下可以輸出更穩(wěn)定的控制力矩，從而完成預(yù)定航行；

3、應(yīng)用電磁驅(qū)動片陣列，在不需要流動控制時(shí)，驅(qū)動片處于閉合狀態(tài)，其完全貼合于艇體表面，不破壞飛艇的流線型外形，不會增加飛艇本身的阻力。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的輔助飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置固定于飛艇后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的電磁驅(qū)動片陣列的閉合狀態(tài)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的電磁驅(qū)動片陣列的開啟狀態(tài)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制裝置控制飛艇仰角時(shí)的狀態(tài)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制裝置控制飛艇俯角時(shí)的狀態(tài)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制裝置控制飛艇左偏角時(shí)的狀態(tài)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制裝置控制飛艇右偏角時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖8是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制單元的固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實(shí)用新型一實(shí)施例提出的主動流動控制單元固定安裝完成后的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型公開了一種飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置，包括能夠固定于飛艇表面上的若干主動流動控制陣列，該若干主動流動控制陣列能夠可控地部分或全部的開啟或閉合。

上述若干主動流動控制陣列包括分別環(huán)置于飛艇前部和后部的艇體表面上的兩組主動流動控制陣列。

上述兩組主動流動控制陣列包括分別位于飛艇表面不同方位的多組主動流動控制單元。

其中，上述多組主動流動控制單元中的每一個(gè)包括一基板和一電磁驅(qū)動片陣列：

電磁驅(qū)動片陣列由一個(gè)或多個(gè)電磁驅(qū)動片組成，該一個(gè)或多個(gè)電磁驅(qū)動片分別通過一轉(zhuǎn)軸固定于基板上，電磁驅(qū)動片通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動以與基板貼合形成閉合狀態(tài)，或與基板形成一角度形成開啟狀態(tài)，且開啟方向朝向所述飛艇后方；通過電磁驅(qū)動片的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)主動流動控制。

優(yōu)選地，上述電磁驅(qū)動片為矩形體結(jié)構(gòu)，電磁驅(qū)動片陣列由四個(gè)電磁驅(qū)動片組成。

上述位于飛艇艇體上方和下方的主動流動控制單元用于控制飛艇的俯仰姿態(tài)；位于飛艇艇體左側(cè)和右側(cè)的主動流動控制單元用于控制飛艇的偏航姿態(tài)；位于飛艇艇體斜對角方位的主動流動控制單元用于控制飛艇的翻轉(zhuǎn)。

上述主動流動控制單元通過固定裝置固定，該固定裝置包括一固定環(huán)和一固定板，其中：

固定環(huán)固定于飛艇內(nèi)部，固定環(huán)的環(huán)形部分具有多個(gè)第一螺紋孔；

固定板邊緣部分具有與多個(gè)第一螺紋孔相匹配的多個(gè)第二螺紋孔，固定板上表面具有用于放置主動流動控制單元的凹槽。

上述固定環(huán)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，固定板的尺寸與固定環(huán)相匹配。

上述固定板上表面凹槽的尺寸與主動流動控制單元的尺寸相匹配。

通過應(yīng)用上述主動流動控制裝置，可改變飛艇飛行時(shí)周身流體的對稱性，從而產(chǎn)生用于俯仰、偏航或翻轉(zhuǎn)的控制力矩，替代或者配合舵面及矢量螺旋槳，從而完全控制或者輔助控制飛艇飛行的姿態(tài)，使其在高風(fēng)速下可以輸出更穩(wěn)定的控制力矩，從而完成預(yù)定航行。

以下通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提出的輔助飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)施例提出一種輔助飛艇姿態(tài)調(diào)整的主動流動控制裝置，包括固定于飛艇1的第一組主動流動控制陣列2和第二組主動流動控制陣列3，其中第一組主動流動控制陣列2和第二組主動流動控制陣列3分別環(huán)置于飛艇前部和后部的艇體表面，通過改變第一組主動流動控制陣列2和第二組主動流動控制陣列3的開啟和閉合，實(shí)現(xiàn)飛艇姿態(tài)的俯仰和偏轉(zhuǎn)。

第一組主動流動控制陣列包括分別位于飛艇艇體上方、左側(cè)、下方、右側(cè)的A組、B組、C組、D組主動流動控制單元，第二組主動流動控制陣列包括分別位于飛艇艇體上方、左側(cè)、下方、右側(cè)的a組、 b組、c組、d組主動流動控制單元。

如圖2-3所示，其中，單個(gè)主動流動控制單元包括一基板11和一電磁驅(qū)動片陣列，其中：

電磁驅(qū)動片陣列由四個(gè)電磁驅(qū)動片12組成，四個(gè)電磁驅(qū)動片12 分別通過一轉(zhuǎn)軸13固定于基板11上；如圖2所示，電磁驅(qū)動片12 通過轉(zhuǎn)軸13轉(zhuǎn)動以與基板11貼合形成閉合狀態(tài)，或如圖3所示，電磁驅(qū)動片12通過轉(zhuǎn)軸13轉(zhuǎn)動以與基板11形成一角度形成開啟狀態(tài)，此時(shí)電磁驅(qū)動片繞軸打開45°，對流動進(jìn)行主動控制，改變飛艇姿態(tài)。通過電磁驅(qū)動片12的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)主動流動控制。

主動流動控制的核心部件為主動流動控制單元。其基板11為厚度1.5cm、長寬均為20cm的長方體，單個(gè)電磁驅(qū)動片12主體為長寬均為8cm、厚度為0.1cm的長方體。

電磁驅(qū)動片12在20m長的飛艇上的優(yōu)化定位選擇為，以艇體前頂點(diǎn)為原點(diǎn)，方向指向艇尾，第一組主動流動控制單元2呈圓周分別布置在飛艇長度20％處的表面蒙皮上。相鄰兩個(gè)主動流動控制單元相距等距的30°，共12個(gè)組成一圈。第二組主動流動控制單元3布置在飛艇長度75％處的蒙皮上，相鄰兩個(gè)主動流動控制單元間距40°，共 9個(gè)組成一圈。圖1為主動流動控制單元在艇體上的優(yōu)化定位位置。

飛艇姿態(tài)控制的具體運(yùn)作方式為，A組、C組、a組、c組主動流動控制單元控制飛艇的俯仰姿態(tài)。具體為，如圖4所示，當(dāng)A組和c組主動流動控制單元開啟時(shí)，驅(qū)動片改變流體繞流對稱結(jié)構(gòu)，飛艇抬頭，且飛艇抬頭的角度與電磁驅(qū)動片和基板之間的角度有關(guān)；如圖5所示，當(dāng)C組和a組主動流動控制單元開啟時(shí)，驅(qū)動片改變流體繞流對稱結(jié)構(gòu)，飛艇低頭，且飛艇低頭的角度與電磁驅(qū)動片和基板之間的角度有關(guān)。

同樣的，B組、D組、b組、d組主動流動控制單元控制飛艇的偏航姿態(tài)。具體為，如如圖6所示，當(dāng)B組和d組主動流動控制單元同時(shí)開啟時(shí)，飛艇向左偏轉(zhuǎn)，且飛艇向左偏轉(zhuǎn)的角度與電磁驅(qū)動片和基板之間的角度有關(guān)；如圖7所示，當(dāng)D組和b組主動流動控制單元同時(shí)開啟時(shí)，飛艇向右偏轉(zhuǎn)，且飛艇向右偏轉(zhuǎn)的角度與電磁驅(qū)動片和基板之間的角度有關(guān)。

如圖8所示，本實(shí)施例的主動流動控制單元通過固定裝置固定，該固定裝置包括一固定環(huán)21和一固定板22，其中：

固定環(huán)21固定于飛艇1內(nèi)部，固定環(huán)21的環(huán)形部分具有多個(gè)第一螺紋孔24；

固定板22邊緣部分具有與多個(gè)第一螺紋孔24相匹配的多個(gè)第二螺紋孔25，固定板上表面具有用于放置主動流動控制單元的凹槽23。

其中，固定環(huán)21的作用是為固定板22在飛艇艇體上提供定位及固定。其安裝在飛艇1內(nèi)部，其為：內(nèi)徑24cm、外徑32cm、厚0.25cm 的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

固定板22為直徑35cm、厚0.25cm的小圓柱體，且其上表面中間開有邊長20cm的正方形凹槽23，該凹槽23的厚度為0.1cm。其安裝在飛艇1的外表面，和固定環(huán)21中間隔著飛艇艇皮，使用螺釘和固定環(huán)21連接從而被固定。固定板22的作用是為單個(gè)主動流動控制單元在飛艇1的艇體上提供定位及固定。

如圖9所示，其安裝方法為，首先將固定環(huán)21放到艇體1的蒙皮內(nèi)部的定位部分，之后將固定板22隔著囊體材料安裝連接到固定環(huán)21，螺釘穿過固定環(huán)21上的多個(gè)第一螺紋孔24、囊體材料和固定板22上的多個(gè)第二螺紋孔25，上緊螺釘從而隔著材料囊體壓緊固定環(huán)21和固定板22，完成定位。之后將主動流動控制單元安裝固定于固定板22的凹槽23內(nèi)，完成整體安裝。

需要說明的是，上述的主動流動控制單元及定位組件并不是只針對文中提到的20m長的飛艇，其可用于更大尺寸的飛艇。上述的主動流動控制單元形成環(huán)形結(jié)構(gòu)也并非是固定的數(shù)量和分布，其可根據(jù)不同飛艇的外形，載荷和大小而具體制定最優(yōu)分布方式。電磁驅(qū)動片裝置本身的打開角度也并非是固定的45°，可根據(jù)具體控制需求而定。

以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。