本發(fā)明涉及一種控制飛機(jī)俯仰、側(cè)翻、偏航的系統(tǒng)，可應(yīng)用于固定翼、飛行翼、翼身融合式飛機(jī)，具有低展弦比機(jī)翼的飛機(jī)，以及帶有同軸反轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器的飛機(jī)。

背景技術(shù)：

從萊特兄弟時(shí)代，就已開(kāi)始利用可轉(zhuǎn)動(dòng)的控制面作為飛機(jī)的控制系統(tǒng)。最早的飛機(jī)上使用的升降舵和方向舵分別控制飛機(jī)的俯仰和偏航/側(cè)翻。這些飛機(jī)的側(cè)翻和轉(zhuǎn)向都很慢。翹曲機(jī)翼是由萊特兄弟發(fā)明的，首次實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立的飛機(jī)三軸控制，并增加了側(cè)翻速率，減少了轉(zhuǎn)彎半徑。后來(lái)，格倫·柯蒂斯發(fā)明了飛機(jī)副翼aileron來(lái)控制側(cè)翻，與翹曲機(jī)翼相比，是一個(gè)有顯著的簡(jiǎn)化和改良的偉大發(fā)明。

此后，又有人發(fā)明了升降穩(wěn)定器stabilator，它是把水平穩(wěn)定器的穩(wěn)定功能和升降舵的俯仰控制功能結(jié)合的一個(gè)控制系統(tǒng)。然后又發(fā)明了升降副翼elevon，它結(jié)合了升降舵和副翼的功能，通常用于飛翼機(jī)和混合翼身設(shè)計(jì)中。該升降副翼利用對(duì)稱偏轉(zhuǎn)差異來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的俯仰和滾轉(zhuǎn)控制。類似的，垂直全動(dòng)尾翼也被發(fā)明了，實(shí)現(xiàn)了垂直穩(wěn)定器和方向舵的功能的結(jié)合。

一些固定翼垂直起降（VTOL）飛機(jī)被形容為X-翼機(jī)，其上有四個(gè)可移動(dòng)的控制表面，本質(zhì)上是兩個(gè)相鄰的V-機(jī)尾。這些機(jī)型可能有四個(gè)鉸接在固定穩(wěn)定器上、可分別轉(zhuǎn)動(dòng)的獨(dú)立控制面，類似于原始固定翼機(jī)的傳統(tǒng)方向舵和升降舵。

方向舵和垂直全動(dòng)機(jī)尾傳統(tǒng)上不是作為一個(gè)有顯著貢獻(xiàn)的側(cè)翻控制，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上垂直尾翼比機(jī)翼短得多，過(guò)短的力矩臂導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行有效的側(cè)翻控制。對(duì)于較新的機(jī)身設(shè)計(jì)，包括低展弦比固定翼垂直起降飛機(jī)，側(cè)翻慣量和抑制側(cè)翻的氣動(dòng)阻力是非常低的，這樣使得垂直尾翼表面作為主要側(cè)翻控制成為可能，但這一技術(shù)從來(lái)沒(méi)有實(shí)踐過(guò)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠控制飛機(jī)俯仰、側(cè)翻、偏航的控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種控制飛機(jī)俯仰、側(cè)翻、偏航的系統(tǒng)，其特征在于，包括升降舵（1）、垂直穩(wěn)定器（3）和方向副翼（4），升降舵（1）的前邊鉸接在機(jī)翼后緣中部的凹口內(nèi)，在該升降舵（1）的前部或全部以及機(jī)翼后緣設(shè)有沿飛機(jī)中線的細(xì)長(zhǎng)的缺口（2），在該缺口（2）內(nèi)設(shè)有與機(jī)翼固定連接、位于飛機(jī)對(duì)稱面內(nèi)、并向飛機(jī)上方和下方延伸的垂直穩(wěn)定器（3）；在該垂直穩(wěn)定器（3）后邊的上部和下部分別鉸接一個(gè)方向副翼（4），在兩個(gè)方向副翼（4）之間留有升降舵（1）上下擺動(dòng)的凹口。

所述的垂直穩(wěn)定器（3）使用對(duì)稱翼型件，方向副翼（4）的與升降舵（1）相鄰的一邊為斜面或倒角（5），避免方向副翼（4）和升降舵（1）同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互干擾。

所述的方向副翼（4）在未做偏轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)是垂直穩(wěn)定器（3）的翼型的光滑連續(xù)延伸。

所述的升降舵（1）在未做偏轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)是飛機(jī)機(jī)翼的翼型的光滑連續(xù)延伸。

所述的垂直穩(wěn)定器（3）采用厚翼型設(shè)計(jì)。

所述的垂直穩(wěn)定器（3）包括在外部安裝的電氣元件。

所述的垂直穩(wěn)定器（3）包括在內(nèi)部嵌入安裝的電氣元件。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：僅使用三個(gè)致動(dòng)器便可以實(shí)現(xiàn)航空器的全部三軸控制。對(duì)于垂直起飛和著陸的飛翼和低展弦比的混合翼身的航空器，本發(fā)明尤其具有利用價(jià)值。垂直穩(wěn)定器、升降舵和方向副翼的對(duì)稱布置把旋轉(zhuǎn)耦合降低至最小，從而實(shí)現(xiàn)航空器的簡(jiǎn)單和平穩(wěn)的動(dòng)作控制。本發(fā)明位于航空器的中心線上的設(shè)計(jì)，能確保其充分利用航空推進(jìn)器產(chǎn)生的滑流，在即使是低速飛行和懸停時(shí)，都能產(chǎn)生有效的空氣動(dòng)力控制，同時(shí)降低與控制相關(guān)的風(fēng)的敏感性，解決了與控制相關(guān)的風(fēng)的敏感性之前是垂直起降固定翼航空器在低速飛行和懸停時(shí)存在一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。在本發(fā)明中，升降舵的偏轉(zhuǎn)控制航空器的俯仰動(dòng)作，方向副翼的對(duì)稱偏轉(zhuǎn)控制航空器的偏航動(dòng)作，其差分偏轉(zhuǎn)控制航空器的側(cè)翻動(dòng)作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明在低展弦比的固定翼飛機(jī)上未有偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明通過(guò)升降舵的偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的俯仰控制的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明通過(guò)方向副翼的對(duì)稱偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的偏航控制的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明通過(guò)方向副翼的差分偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的側(cè)翻控制的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明通過(guò)這些操縱面的偏轉(zhuǎn)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)動(dòng)作的聯(lián)合控制示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1-圖5，本發(fā)明一種針對(duì)俯仰-側(cè)翻-偏航的飛機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括升降舵1、垂直穩(wěn)定器3和方向副翼4，升降舵1的前邊鉸接在機(jī)翼后緣中部的凹口內(nèi)，在該升降舵1的前部的大半部以及機(jī)翼6后緣設(shè)有沿飛機(jī)中線的細(xì)長(zhǎng)的缺口2（該實(shí)施例的缺口2貫穿了升降舵1前部的大部分；缺口2也可貫穿整個(gè)升降舵1，將升降舵1分成兩半；缺口2的前端延伸到機(jī)翼6的后緣）。在該缺口2內(nèi)設(shè)有與機(jī)翼6固定連接、位于飛機(jī)對(duì)稱面內(nèi)、并向飛機(jī)上方和下方延伸的垂直穩(wěn)定器3；在該垂直穩(wěn)定器3后邊的上部和下部分別鉸接一個(gè)方向副翼4，在兩個(gè)方向副翼4之間留有升降舵1上下擺動(dòng)的梯形凹口，即方向副翼4的與升降舵1相鄰的一邊為斜面（或倒角）5，避免方向副翼4和升降舵1同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互干擾。

所述的升降舵1和方向副翼4均設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置（包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，均為常規(guī)技術(shù)，未圖示）

所述的垂直穩(wěn)定器3使用對(duì)稱翼型件。

所述的方向副翼4在未做偏轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)是垂直穩(wěn)定器3的翼型的光滑連續(xù)延伸。

所述的升降舵1在未做偏轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)是飛機(jī)機(jī)翼的翼型的光滑連續(xù)延伸。

所述的垂直穩(wěn)定器3采用厚翼型設(shè)計(jì)。

本發(fā)明驅(qū)動(dòng)裝置、控制器等控制部件等可以安裝在機(jī)翼6或垂直穩(wěn)定器3外部，也可嵌入機(jī)翼6或垂直穩(wěn)定器3的內(nèi)部。

本發(fā)明在飛行時(shí)有以下幾種典型狀態(tài)：

參見(jiàn)圖2，通過(guò)升降舵1的偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的俯仰控制

參見(jiàn)圖3，通過(guò)方向副翼4的對(duì)稱偏轉(zhuǎn)（上、下的方向副翼4同向偏轉(zhuǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的偏航控制。

參見(jiàn)圖4，通過(guò)方向副翼4的差分偏轉(zhuǎn)（上、下的方向副翼4反向偏轉(zhuǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的側(cè)翻控制。

參見(jiàn)圖5，通過(guò)升降舵1和方向副翼4的以上各操縱面的偏轉(zhuǎn)的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)動(dòng)作的聯(lián)合控制。