一种机载射流环量阀设计方法及环量阀

摘要

本发明涉及一种机载射流环量阀设计方法及环量阀。由于是基于射流舵效与环量激励器的射流通道总压的对应关系，得到满足射流舵效最小分辨率需求的射流通道总压最大变化量，又基于环量阀阀门喉道截面面积和射流通道总压的对应关系得到满足最小分辨率需求的阀门喉道截面面积最大变化量，从而可以基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率，建立阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量，使得可以实现考虑舵效线性控制的环量阀喉道设计，从而使射流舵效与环量阀运动机构位移成线性控制关系，简化了环量控制系统，减小了环量阀体积和重量，提高了控制线性和控制响应。

权利要求

1.一种机载射流环量阀设计方法，其特征在于，包括：基于飞行器射流飞行控制的射流舵效数据库，建立射流舵效F与环量激励器的射流通道总压P0J的对应关系作为第一对应关系；

获取射流舵效的最小分辨率；

基于所述第一对应关系得到不同射流通道总压时，满足所述最小分辨率的要求的射流通道总压最大变化量ΔP0Jmax；

基于环量阀的控制特性得到环量阀的阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系作为第二对应关系；

基于所述第二对应关系得到环量阀的阀门喉道不同截面面积时，满足所述最小分辨率的要求的阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax；

基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率x0，建立所述阀门喉道不同截面面积时，满足所述最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0；

其中，所述的基于环量阀的控制特性得到环量阀的阀门喉道截面面积A与所述射流通道总压P0J的对应关系作为第二对应关系，包括：获取设计总压值P0d和设计总温值T0d；

设计机载引气系统提供的压缩气体减压后的压力P0Y，且使得P0Y=P0d；设计机载引气系统提供的压缩气体降温后的温度T0Y，且使得T0Y≤T0d；

获取环量激励器的射流通道出口面积SJ；

获取环量激励器的射流通道总压P0J，P∞≤P0J≤P03，其中，P∞为环境压力，P03为环量激励器的射流通道的最大压力值；

基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，0≤Qm≤Qmmax；其中，Qmmax为环量激励器的最大质量流量；

基于临界喉道管质量流量计算公式 ，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系。

2.如权利要求1所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述舵效数据库通过风洞试验或数值计算获得。

3.如权利要求1所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述第一对应关系和/或第二对应关系为对应关系曲线。

4.如权利要求1所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述的基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，包括：在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＜1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：；

其中，k为理想气体比热容比，k=1.4，R为气体常数，R=287J/kg.k，T0为环量激励器的射流通道内的气流总温。

5.如权利要求1所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述的基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，包括：在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≥1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：；

其中，k为理想气体比热容比，k=1.4，R为气体常数，R=287J/kg.k，T0为环量激励器的射流通道内的气流总温。

6.如权利要求4或5所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述的基于临界喉道管质量流量计算公式 ，得到环量阀喉道处的截面面积与射流通道总压之间的对应关系，包括：

基于临界喉道管质量流量计算公式 ，在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＜1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系，包括：，

则有：

；

在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≥1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系，包括：，

则有：

。

7.如权利要求1所述的机载射流环量阀设计方法，其特征在于，所述方法还包括，基于满足所述最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0，得到满足所述最小分辨率的要求的，环量阀运动机构不同位移处阀门喉道截面面积。

8.一种机载射流环量阀，其特征在于，所述机载射流环量阀基于权利要求1到7之一所述的机载射流环量阀设计方法设计得到。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行如权利要求1到7之一的机载射流环量阀设计方法。

说明书

一种机载射流环量阀设计方法及环量阀

技术领域

[0001] 本发明涉及航空领域的射流控制技术，具体涉及一种机载射流环量阀设计方法及环量阀。

背景技术

[0002] 射流飞行是一种典型的飞行器主动流动控制手段，对机翼后缘固定几何型面进行操作，注入压缩空气从设计的缝道喷出产生高速射流，射流发生偏转产生虚拟舵面改变机翼表面局部压力分布，在不需要升降舵、副翼等大载荷活动部件的情况下实现无舵面飞行控制，减小机体结构、机械驱动系统等的复杂度和重量，实现飞行器综合性能提升。

[0003] 射流飞行控制作为一种典型的主动流动控制技术，其控制能力与控制输入呈现出非线性变化，随控制能量增加，控制效率逐渐减低。现有技术常采用阀门喉道面积线性变化的方式来实现环量激励器总压、质量流量等控制输入调整，然而由于射流飞控的舵效随环量激励器总压或质量流量是非线性变化，基于阀门喉道面积线性变化的环量阀喉道设计方法使得在控制输入范围内，在射流飞控控制效率较高的区间，控制输入的分辨率较低，即较小的控制输入变化就产生较大的控制舵效变化；在射流飞控控制效率较低的区间，控制输入的分辨率较高，即较大的控制输入变化产生较小的控制舵效变化。这样使得环量阀整体性能较差，环量阀控制系统设计更为复杂。

[0004] 上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

[0005] 本申请要解决的技术问题是提供一种机载射流环量阀设计方法及环量阀，完成了考虑舵效线性控制的环量阀喉道设计，使得射流舵效与环量阀运动机构位移呈线性控制关系。

[0006] 第一方面，一种实施例中提供一种机载射流环量阀设计方法，包括：

[0007] 基于飞行器射流飞行控制的射流舵效数据库，建立射流舵效F与环量激励器的射流通道总压P0J的对应关系作为第一对应关系；

[0008] 获取射流舵效的最小分辨率；

[0009] 基于所述第一对应关系得到不同射流通道总压时，满足所述最小分辨率的要求的射流通道总压最大变化量ΔP0Jmax；

[0010] 基于环量阀的控制特性得到环量阀的阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系作为第二对应关系；

[0011] 基于所述第二对应关系得到环量阀的阀门喉道不同截面面积时，满足所述最小分辨率的要求的阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax；

[0012] 基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率x0，建立所述阀门喉道不同截面面积时，满足所述最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0。

[0013] 一种实施例中，所述舵效数据库通过风洞试验或数值计算获得。

[0014] 一种实施例中，所述第一对应关系和/或第二对应关系为对应关系曲线。

[0015] 一种实施例中，所述的基于环量阀的控制特性得到环量阀的阀门喉道截面面积A与所述射流通道总压P0J的对应关系作为第二对应关系，包括：

[0016] 获取设计总压值P0d和设计总温值T0d；

[0017] 设计机载引气系统提供的压缩气体减压后的压力P0Y，且使得P0Y=P0d；设计机载引气系统提供的压缩气体降温后的温度T0Y，且使得T0Y≤T0d；

[0018] 获取环量激励器的射流通道出口面积SJ；

[0019] 获取环量激励器的射流通道总压P0J，P∞≤P0J≤P03，其中，P∞为环境压力，P03为环量激励器的射流通道的最大压力值；

[0020] 基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，0≤Qm≤Qmmax；其中，Qmmax为环量激励器的最大质量流量；

[0021] 基于临界喉道管质量流量计算公式 ，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系。

[0022] 一种实施例中，所述的基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，包括：

[0023] 在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≤1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：

[0024] ；

[0025] 其中，k为理想气体比热容比，k=1.4，R为气体常数，R=287J/kg.k，T0为环量激励器的射流通道内的气流总温。

[0026] 一种实施例中，所述的基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，包括：

[0027] 在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＞1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：

[0028] ；

[0029] 其中，k为理想气体比热容比，k=1.4，R为气体常数，R=287J/kg.k，T0为环量激励器的射流通道内的气流总温。

[0030] 一 种 实 施 例 中 ，所 述 的 基 于 临 界 喉 道 管 质 量 流 量 计 算 公 式，得到环量阀喉道处的截面面积与射流通道总压之间的对应关系，包括：

[0031] 基于临界喉道管质量流量计算公式 ，在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＜1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系，包括：

[0032] ，

[0033] 则有：

[0034] ；

[0035] 在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≥1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系，包括：

[0036] ，

[0037] 则有：

[0038] 。

[0039] 一种实施例中，所述方法还包括，基于满足所述最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0，得到满足所述最小分辨率的要求的，环量阀运动机构不同位移处阀门喉道截面面积。

[0040] 第二方面，本申请的一种实施例中提供一种机载射流环量阀，所述机载射流环量阀基于上述任意一种所述的机载射流环量阀设计方法设计得到。

[0041] 第三方面，本申请的一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行上述任意一种机载射流环量阀设计方法。

[0042] 本发明的有益效果是：

[0043] 由于是基于射流舵效与环量激励器的射流通道总压的对应关系，得到满足射流舵效最小分辨率需求的射流通道总压最大变化量，又基于环量阀阀门喉道截面面积和射流通道总压的对应关系得到满足最小分辨率需求的阀门喉道截面面积最大变化量，从而可以基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率，建立阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量，使得可以实现考虑舵效线性控制的环量阀喉道设计，从而使射流舵效与环量阀运动机构位移成线性控制关系。

附图说明

[0044] 图1是本申请一种实施例的机载环量阀设计方法流程示意图；

[0045] 图2是图1所示实施例中步骤S40的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

[0046] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

[0047] 另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

[0048] 本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

[0049] 为便于对本申请的发明构思进行说明，以下对机载射流控制技术进行简要说明。

[0050] 环量阀设置于引气系统和环量激励器之前，将引气系统与环量激励器之间的气体通道连通，用于射流控制。申请人在研究中发现，对于环量阀的设计，特别是环量阀的阀门喉道不同截面面积时，满足射流舵效的最小分辨率的要求的阀门喉道截面面积最大变化量的设计，可以在射流舵效的最小分辨要求的情况下，获得阀门喉道截面面积的最大变化量，可以使得环量阀喉道设计考虑舵效的线性控制，使得射流舵效与环量阀运动机构位移呈线性控制关系，从而使得环量阀整体性更好。基于此，本申请提供一种机载射流环量阀设计方法，完成了考虑舵效线性控制的环量阀喉道设计，使得射流舵效与环量阀运动机构位移呈线性控制关系。请参考图1，该设计方法包括：

[0051] 步骤S10，基于飞行器射流飞行控制的射流舵效数据库，建立射流舵效F与环量激励器的射流通道总压P0J的对应关系作为第一对应关系。

[0052] 作为本申请的一种实施方式，通过风洞试验或数值计算获得飞行器射流飞行控制舵效数据库，基于该舵效数据库，建立射流舵效F与环量激励器的射流通道总压P0J的关系曲线。

[0053] 步骤S20，获取射流舵效的最小分辨率。

[0054] 作为本申请的一种实施方式，射流舵效的最小分辨率可以基于飞行器的操纵控制需求直接给出，将控制的射流舵效的最小的变化量作为最小分辨率。

[0055] 步骤S30，基于第一对应关系得到不同射流通道总压时，满足最小分辨率的要求的射流通道总压最大变化量ΔP0Jmax。

[0056] 作为本申请的一种实施例方式，在第一对应关系的基础上，可以采用分段拟合函数，对于不同的射流通道总压，根据最小分辨率的需求，则可以得到满足该需求的射流通道总压的最大变化量。在第一对应关系为关系曲线的基础上，对于不同的射流通道总压，根据射流舵效的最小变化量需求，得到射流通道总压的最大变化量。

[0057] 步骤S40，基于环量阀的控制特性得到环量阀的阀门喉道截面面积Ah与射流通道总压P0J的对应关系作为第二对应关系。

[0058] 该第二对应关系可以是曲线的对应关系，也可以是其他的对应方式。作为第二对应关系，可以采用现有的一些方式基于环量阀的控制特性获得，本申请的一种实施方式中，给出了一种新的获取方式，可以根据上游输入、下游输出和飞行控制需求等特定使用环境快速获得，工程应用的实用性更强，请参照图2，具体方法包括：

[0059] 步骤S401，获取设计总压值P0d和设计总温值T0d。

[0060] 在确定了飞行器的射流控制技术方案的情况下，设计总压值和设计总温值即可根据确定的射流控制技术方案得到。对于设计总压值P0d，选取原则是大于环流激励器的射流通道内的最大总压值，如果不能满足，则需要更换引气系统。对于设计总温值T0d，选取原则是射流作动系统管路，控制器，阀门及驱动等稳定工作所能承受的温度值。

[0061] 步骤S402，设计机载引气系统提供的压缩气体减压后的压力P0Y，且使得P0Y=P0d；设计机载引气系统提供的压缩气体降温后的温度T0Y，且使得T0Y≤T0d。

[0062] 根据飞行器的射流控制需要，需要对引气系统提供的压缩空气进行减压和冷却，使之成为一定温度范围内的稳定压力压缩空气来源。对于设计总温值T0d，在的T0d≤T01情况下，则需要对引气系统提供的压缩空气进行冷却，如果T0d＞T01，则不需要进行冷却。

[0063] 步骤S403，获取环量激励器的射流通道出口面积SJ，获取环量激励器的射流通道总压P0J，P∞≤P0J≤P03，其中，P∞为环境压力，P03为环量激励器的射流通道的最大压力值。

[0064] 在确定了飞行器的射流控制技术方案的情况下，环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道压力范围的最大压力值P03即可根据确定的射流控制技术方案得到。

[0065] 步骤S404，基于环量激励器的射流通道出口面积SJ和射流通道总压P0J计算得到环量激励器的质量流量Qm，0≤Qm≤Qmmax；其中，Qmmax为环量激励器的最大质量流量。

[0066] 作为本申请的一种实施方式，在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＜1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：

[0067] ；

[0068] 其中，k为理想气体比热容比，k=1.4，R为气体常数，R=287J/kg.k，T0为环量激励器的射流通道内的气流总温。

[0069] 在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≥1.89的情况下，环量激励器的质量流量Qm包括：

[0070] ；

[0071] 步骤S405，基于临界喉道管质量流量计算公式 ，得到阀门喉道截面面积Ah与所述射流通道总压P0J的对应关系。

[0072] 作为本申请的一种实施方式，  基于临界喉道管质量流量计算公式，在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞＜
1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与射流通道总压P0J的对应关系，包括：

[0073] ，

[0074] 则有：

[0075] ；

[0076] 在环量激励器的射流通道压力P0J与环境压力P∞之比P0J/P∞≥1.89的情况下，得到阀门喉道截面面积Ah与射流通道总压P0J的对应关系，包括：

[0077] ，

[0078] 则有：

[0079] 。

[0080] 步骤S50，基于第二对应关系得到环量阀的阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax。

[0081] 基于得到的第二对应关系，则可以得到对于环量阀的不同阀门喉道截面面积，满足射流舵效的最小分辨率要求的阀门喉道截面面积最大变化量。

[0082] 步骤S60，基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率x0，建立阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0。

[0083] 将环量阀的运动机构的最小控制位移作为最小位移控制分辨率x0，则可以建立阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0。基于该环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量则可以实现对环量阀的阀门喉道的控制设计。

[0084] 由此，本申请方案中，由于是基于射流舵效与环量激励器的射流通道总压的对应关系，得到满足射流舵效最小分辨率需求的射流通道总压最大变化量，又基于环量阀阀门喉道截面面积和射流通道总压的对应关系得到满足最小分辨率需求的阀门喉道截面面积最大变化量，从而可以基于环量阀运动机构最小位移控制分辨率，建立阀门喉道不同截面面积时，满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量，使得可以实现考虑舵效线性控制的环量阀喉道设计，从而使射流舵效与环量阀运动机构位移成线性控制关系，该设计方法简单有效，提高了全量程舵效分辨率，使得舵效与环量阀运动机构位移呈线性变化，简化了环量控制系统，减小了环量阀体积和重量，提高了控制线性和控制响应。

[0085] 作为本申请的一种实施方法，机载射流环量阀设计方法还包括，基于满足所述最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量ΔAhmax/x0，得到满足所述最小分辨率的要求的，环量阀运动机构不同位移处阀门喉道截面面积。

[0086] 在得到满足最小分辨率的要求的环量阀运动机构单位位移阀门喉道截面面积最大变化量的基础上，则可以得到环量阀运动机构不同位移处阀门喉道面积，从而完成环量阀的具体设计，建立射流舵效与环量阀运动机构的线性控制关系。

[0087] 本申请的一种实施例中提供了一种机载射流环量阀，该机载射流环量阀基于上述任意一种机载射流环量阀设计方法设计得到。

[0088] 本申请的一种实施例中提供了一种计算机可读存储介质，该介质中存储有程序，所存储的程序能够被处理器加载并执行上述任一实施方式的机载射流环量阀设计方法。

[0089] 本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

[0090] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。