用于優(yōu)化水平尾翼載荷的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體涉及飛行控制，更具體地，涉及優(yōu)化飛行器上的尾翼載荷的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器的俯仰控制是在飛行期間飛行器的機(jī)頭向上和機(jī)頭向下俯仰姿態(tài)的控制。在俯仰姿態(tài)變化期間，飛行器圍繞延伸通過飛行器的重心(CG)的橫向軸線樞轉(zhuǎn)。俯仰控制可以由水平尾翼提供，水平尾翼可以位于飛行器機(jī)翼的尾部。水平尾翼可以包括可調(diào)節(jié)水平穩(wěn)定器和升降舵。升降舵可以被樞轉(zhuǎn)地耦接至水平穩(wěn)定器。可以沿相對于飛行器的縱向軸線的正方向和/或負(fù)方向調(diào)節(jié)水平穩(wěn)定器的迎角以對飛行器進(jìn)行調(diào)整，以便在飛行期間將飛行器維持在恒定的俯仰角度。例如，水平穩(wěn)定器可以以負(fù)迎角被調(diào)節(jié)以提供向下載荷，以便關(guān)于飛行器CG產(chǎn)生機(jī)頭向上俯仰力矩以抵消由機(jī)翼的正升力產(chǎn)生的機(jī)頭向下的俯仰力矩。由水平尾翼產(chǎn)生的載荷可以由水平尾翼的結(jié)構(gòu)和機(jī)身承擔(dān)。
[0003]對于飛行期間飛行器的機(jī)頭向上和機(jī)頭向下俯仰操縱，升降舵可以被樞轉(zhuǎn)地從相對于水平穩(wěn)定器的中間位置向上或向下移動。例如，為了將飛行器從機(jī)頭向上姿態(tài)操縱為水平姿態(tài)，升降舵可以被可樞轉(zhuǎn)地向下(例如，升降舵后緣向下)偏轉(zhuǎn)或定位，以便水平尾翼產(chǎn)生增加量的向上載荷以使飛行器的機(jī)頭向下。升降舵可以被保持處于向下位置直到飛行器的水平姿態(tài)實(shí)現(xiàn)，其后升降舵可以返回中間位置。為了將飛行器從機(jī)頭向下姿態(tài)操縱為水平姿態(tài)，升降舵可以被樞轉(zhuǎn)地向上(例如，升降舵后緣向上)偏轉(zhuǎn)或定位，以便水平尾翼產(chǎn)生增加量的向下載荷以使飛行器的機(jī)頭向上直到飛行器的水平姿態(tài)實(shí)現(xiàn)。
[0004]隨著飛行器的速度增加，水平穩(wěn)定器和升降舵上的動態(tài)壓力也增加，這導(dǎo)致由水平尾翼產(chǎn)生的向上載荷或向下載荷的增加。為了避免在機(jī)頭向上或機(jī)頭向下操縱期間超出水平尾翼和機(jī)身的承載能力，升降舵的運(yùn)動或權(quán)限可以隨著速度的增加被電子限制。限制升降舵權(quán)限還可以根據(jù)飛行員輸入提供更線性或統(tǒng)一的俯仰反應(yīng)以作為空氣速度的函數(shù)。此外，限制升降舵權(quán)限可以阻止在相對高的動態(tài)壓力處過高的操縱能力。不幸的是，根據(jù)空氣速度過度地限制升降舵權(quán)限以減少尾翼載荷可以導(dǎo)致次佳的操縱能力。
[0005]由此可知，本領(lǐng)域需要一種用于在極限內(nèi)移動升降舵的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法降低尾翼載荷同時(shí)提供了用于飛行器的俯仰控制的足夠的權(quán)限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以上提到的關(guān)于升降舵控制的需要將由本公開具體地解決，本公開提供了控制飛行器的升降舵的方法。該方法可以包括識別飛行器的穩(wěn)定器的當(dāng)前穩(wěn)定器迎角。穩(wěn)定器可以包括樞轉(zhuǎn)地耦接至穩(wěn)定器的升降舵。該方法還可以包括比較當(dāng)前穩(wěn)定器迎角與閾值穩(wěn)定器迎角，并且如果當(dāng)前穩(wěn)定器迎角大于或等于閾值穩(wěn)定器迎角，選擇有較強(qiáng)的限制性的升降舵位置極限。該方法可以附加地包括將升降舵移至不大于升降舵位置極限的命令的升降舵位置。
[0007]同樣公開的是用于控制飛行器的升降舵的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括被配置成接收代表穩(wěn)定器的當(dāng)前穩(wěn)定器迎角的穩(wěn)定器信號的飛行控制處理器。如以上所指出的，穩(wěn)定器可以包括可以被樞轉(zhuǎn)地耦接至穩(wěn)定器的升降舵。飛行控制處理器可以被配置成基于穩(wěn)定器信號選擇升降舵位置極限。如果當(dāng)前穩(wěn)定器迎角等于或大于閾值穩(wěn)定器迎角，選擇的升降舵位置極限可以有較強(qiáng)的限制性，且如果當(dāng)前穩(wěn)定器迎角小于閾值穩(wěn)定器迎角，選擇的升降舵位置極限可以有較弱的限制性。該系統(tǒng)可以包括升降舵致動器，該升降舵致動器被配置成將升降舵移動至不大于升降舵位置極限的命令的升降舵位置。
[0008]同樣公開的是控制升降舵的方法，且該方法可以包括基于至少一個(gè)飛行器參數(shù)選擇用于增加或減少升降舵的預(yù)定的水平尾翼載荷減緩(HTLA)權(quán)限的因數(shù)。HTLA權(quán)限可以隨著馬赫數(shù)和/或空氣速度的增加而減小。該方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)HTLA權(quán)限和因數(shù)的乘積來計(jì)算升降舵位置極限，并移動升降舵至不大于升降舵位置極限的命令的升降舵位置。
[0009]已經(jīng)討論的這些特征、功能和優(yōu)點(diǎn)能夠在本公開的各種實(shí)施例中被獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者在其他實(shí)施例中被組合。參考后面的描述和以下附圖能夠了解實(shí)施例的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
【附圖說明】
[0010]本公開的那些和其他特征參考附圖將更加顯而易見，在所有附圖中，相同數(shù)字表示相同零件，并且其中:
[0011]圖1是用于控制飛行器的升降舵的系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2是飛行器的平面圖；
[0013]圖3是沿圖2的線3截取的截面圖，并示意性地圖示說明機(jī)翼和水平尾翼，其中升降舵以負(fù)迎角被定向；
[0014]圖4是機(jī)翼和水平尾翼的截面圖，其中升降舵以正迎角被定向；
[0015]圖5是飛行器的運(yùn)轉(zhuǎn)包絡(luò)的圖形，并圖示說明基于馬赫數(shù)、空氣速度、動態(tài)壓力和/或海拔可以用于限制升降舵的運(yùn)動的飛行狀態(tài)；
[0016]圖6是用于基于水平尾翼的穩(wěn)定器的當(dāng)前穩(wěn)定器迎角計(jì)算升降舵位置極限的系統(tǒng)的示例的示意圖；
[0017]圖7是用于基于當(dāng)前穩(wěn)定器迎角和一個(gè)或更多個(gè)升降舵致動器的液壓系統(tǒng)的故障計(jì)算升降舵位置極限的系統(tǒng)的示例的示意圖；
[0018]圖8是用于控制飛行器的升降舵的系統(tǒng)的示例的示意圖，該系統(tǒng)通過基于當(dāng)前穩(wěn)定器迎角選擇用于增加或減少預(yù)定組的水平尾翼載荷減緩(HTLA)權(quán)限的因數(shù)(例如，用于上極限和下極限二者的單個(gè)因數(shù)，或者用于上極限和下極限中的每一者的不同因數(shù))控制飛行器的升降舵；
[0019]圖9是用于控制升降舵的系統(tǒng)的示例的示意圖，其中用于增加或減少HTLA權(quán)限的因數(shù)基于馬赫數(shù)和/或空氣速度；
[0020]圖10是列出基于馬赫數(shù)和/或空氣速度的用于不同的穩(wěn)定器迎角的因數(shù)的一組查詢表的示意圖；
[0021]圖11是列出用于速度制動手柄的不同展開水平和/或機(jī)翼操縱載荷減緩系統(tǒng)的不同展開水平的因數(shù)的一組查詢表的示意圖；
[0022]圖12是用于控制升降舵的系統(tǒng)的示例的示意圖，其中用于增加或減少HTLA權(quán)限的因數(shù)基于一個(gè)或更多個(gè)升降舵致動器的液壓系統(tǒng)的故障的發(fā)生；
[0023]圖13是圖示說明一個(gè)或更多個(gè)操作的流程圖，所述操作可以被包括在基于當(dāng)前穩(wěn)定器迎角來定位升降舵的方法中；
[0024]圖14是圖示說明一個(gè)或更多個(gè)操作的流程圖，所述操作可以被包括在基于預(yù)定組的HTLA權(quán)限來定位升降舵的方法中。
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)在參考附圖，其中這些展示是為了說明本公開的優(yōu)選的各種實(shí)施例，圖1示出的是可以被實(shí)施用于控制飛行器100的升降舵360的升降舵控制系統(tǒng)400的框圖。飛行器100可以包括一對機(jī)翼200和水平尾翼306。每個(gè)機(jī)翼200可以包括可以被用于增大機(jī)翼200的升力特性的一個(gè)或更多個(gè)前和/或后緣設(shè)備222、224(例如，襟翼226)。在一些示例中，機(jī)翼200可以包括前緣設(shè)備222，諸如前緣縫翼或克魯格襟翼。機(jī)翼200還可以包括一個(gè)或更多個(gè)后緣設(shè)備224，諸如后緣襟翼、襟副翼230和/或副翼228。此外，機(jī)翼200可以包括可以被安裝至機(jī)翼200的頂表面的一個(gè)或更多個(gè)擾流板或速度制動器232，對于擾流板或速度制動器232的展開可以借助于作為飛行控制裝置(未示出)的一部分的速度制動手柄234來命令，速度制動手柄234可以由飛行員和/或由自動駕駛系統(tǒng)(未示出)操縱。機(jī)翼200可以進(jìn)一步包括機(jī)翼操縱載荷減緩系統(tǒng)208，用于降低在翼根210處的機(jī)翼彎矩，諸如通過偏轉(zhuǎn)速度制動器232、前緣設(shè)備222和/或后緣設(shè)備224中的任意一個(gè)或更多個(gè)，從而改變沿翼展方向214的機(jī)翼彎度并且轉(zhuǎn)變各機(jī)翼內(nèi)側(cè)的升力的中心。在一些示例中，如下所述，在巡航飛行期間，當(dāng)飛行器100執(zhí)行諸如在拐彎期間的操縱時(shí)、當(dāng)飛行器100遭受到陣風(fēng)時(shí)和/或當(dāng)在飛行器100的俯仰變化期間(諸如在機(jī)頭上移期間)飛行器上的載荷因數(shù)(例如，過載)增加時(shí)，機(jī)翼操縱載荷減緩系統(tǒng)208可以被激活或展開。
[0026]飛行器100可以進(jìn)一步包括水平尾翼306。水平尾翼306可以包括一對水平穩(wěn)定器330 ο盡管被描述為水平穩(wěn)定器330，穩(wěn)定器330可以以某一角度被定向，而并不一定是水平的。例如，穩(wěn)定器330可以以相對于水平(例如，上反角)稍微向上的方向被定向或以相對于水平(例如，下反角)稍微向下的方向被定向。術(shù)語水平穩(wěn)定器和穩(wěn)定器在本文可以被交換使用。一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定器330可以由諸如穩(wěn)定器致動螺桿(未示出)的一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定器致動器344或其他的穩(wěn)定器致動機(jī)構(gòu)致動。盡管穩(wěn)定器致動器344可以被液壓地驅(qū)動，但穩(wěn)定器致動器344也可以是機(jī)電裝置。一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定器330可以包括升降舵360，升降舵360可以被樞轉(zhuǎn)地耦接至穩(wěn)定器后緣336。每個(gè)升降舵360可以由一個(gè)或更多個(gè)升降舵致動器378致動。在一些示例中，一個(gè)或更多個(gè)升降舵致動器378可以被配置為液壓致動器并且可以作為飛行器100的液壓系統(tǒng)380的一部分被運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些示例中，升降舵致動器378可以被配置為機(jī)電致動器。
[0027]如前所提到的，對于飛行器100的俯仰操縱，升降舵360可以被樞轉(zhuǎn)地向上或向下移動。例如，為了將飛行器100從機(jī)頭向上姿態(tài)操縱至水平姿態(tài)，升降舵360可以被樞轉(zhuǎn)地向下偏轉(zhuǎn)或定位(例如，升降舵后緣向下)，以便水平尾翼306產(chǎn)生增加量的向上載荷(例如，尾翼載荷308)以使飛行器100的機(jī)頭恢復(fù)至水平。為了將飛行器100從機(jī)頭向下姿態(tài)操縱至水平姿態(tài)，升降舵360可以被樞轉(zhuǎn)地向上偏轉(zhuǎn)或定位(例如，升降舵后緣向上)，以便水平尾翼306產(chǎn)生增加量的向下載荷(例如，尾翼載荷308)以使飛行器100的機(jī)頭恢復(fù)至水平。當(dāng)水平穩(wěn)定器330和升降舵360上的動態(tài)壓力隨著增加的空氣速度增加時(shí)，增加量的向上載荷或向下載荷由水平尾翼306產(chǎn)生。為了避免超過水平尾翼306和機(jī)身104的承載能力，升降舵360的權(quán)限可以隨著空氣速度增加而被電子地限制。不幸的是，根據(jù)空氣速度過分地限制升降舵的權(quán)限以減少尾翼載荷可以導(dǎo)致次佳的操縱能力。
[0028]圖1中，飛行器100可以包括用于控制升降舵360的偏轉(zhuǎn)在極限內(nèi)的升降舵控制系統(tǒng)400，其減少了尾翼載荷同時(shí)提供了用于飛行器100的俯仰控制的足夠的權(quán)限。升降舵控制系統(tǒng)400可以以一種方式控制升降舵360的偏轉(zhuǎn)角度或位置以減少在飛行器100的水平尾翼306和/或機(jī)身104上的尾翼載荷308以避免超過水平尾翼306和/或機(jī)身104的承載結(jié)構(gòu)(未示出)的承載能力。在這方面而言，升降舵控制系統(tǒng)400可以減少尾翼載荷306同時(shí)為操縱飛行器100提供足夠的俯仰控制。在一些示例中，升降舵控制系統(tǒng)400可以包括飛行控制處理器402 (例如，飛行管理計(jì)算機(jī))。飛行控制處理器402可以接收關(guān)于飛行器100的一個(gè)或更多個(gè)控制表面的位置和一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)的信號。例如，飛行控制處理器402可以接收代表機(jī)翼200的控制表面的位置和/或展開水平(諸如前緣設(shè)備222、速度制動器232和后緣設(shè)備224的位置和/或展開水平)的信號。
[0029]在一些示例中，飛行控制處理器402可以接收代表機(jī)翼操縱載荷減緩系統(tǒng)208的展開水平的信號。機(jī)翼操縱載荷減緩系統(tǒng)208可以包括速度制動器232、前緣設(shè)備222和/或后緣設(shè)備224，這些裝置的任意組合可以向上和/或向下偏轉(zhuǎn)，以作為改變機(jī)翼彎度從而轉(zhuǎn)變沿內(nèi)側(cè)方向的機(jī)翼載荷并因而減小翼根210處的機(jī)翼彎曲的手段。飛行控制處理器402還可以接收代表速度制動手柄234的位置的信號，該手柄可以被安裝在飛行器100的飛行甲板上(未示出)并且可以由機(jī)組人員操縱(如以上所指出的)。飛行控制處理器402可以附加地接收代表水平穩(wěn)定器330的當(dāng)前穩(wěn)定器迎角338的信號。例如，飛行控制處理器402可以接收來自一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定器傳感器(未示出)的、指示當(dāng)前穩(wěn)定器迎角338的信號。