用于优化水平尾翼载荷的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及飞行控制，更具体地，涉及优化飞行器上的尾翼载荷的系统和方法。
【背景技术】
[0002]飞行器的俯仰控制是在飞行期间飞行器的机头向上和机头向下俯仰姿态的控制。在俯仰姿态变化期间，飞行器围绕延伸通过飞行器的重心(CG)的横向轴线枢转。俯仰控制可以由水平尾翼提供，水平尾翼可以位于飞行器机翼的尾部。水平尾翼可以包括可调节水平稳定器和升降舵。升降舵可以被枢转地耦接至水平稳定器。可以沿相对于飞行器的纵向轴线的正方向和/或负方向调节水平稳定器的迎角以对飞行器进行调整，以便在飞行期间将飞行器维持在恒定的俯仰角度。例如，水平稳定器可以以负迎角被调节以提供向下载荷，以便关于飞行器CG产生机头向上俯仰力矩以抵消由机翼的正升力产生的机头向下的俯仰力矩。由水平尾翼产生的载荷可以由水平尾翼的结构和机身承担。
[0003]对于飞行期间飞行器的机头向上和机头向下俯仰操纵，升降舵可以被枢转地从相对于水平稳定器的中间位置向上或向下移动。例如，为了将飞行器从机头向上姿态操纵为水平姿态，升降舵可以被可枢转地向下(例如，升降舵后缘向下)偏转或定位，以便水平尾翼产生增加量的向上载荷以使飞行器的机头向下。升降舵可以被保持处于向下位置直到飞行器的水平姿态实现，其后升降舵可以返回中间位置。为了将飞行器从机头向下姿态操纵为水平姿态，升降舵可以被枢转地向上(例如，升降舵后缘向上)偏转或定位，以便水平尾翼产生增加量的向下载荷以使飞行器的机头向上直到飞行器的水平姿态实现。
[0004]随着飞行器的速度增加，水平稳定器和升降舵上的动态压力也增加，这导致由水平尾翼产生的向上载荷或向下载荷的增加。为了避免在机头向上或机头向下操纵期间超出水平尾翼和机身的承载能力，升降舵的运动或权限可以随着速度的增加被电子限制。限制升降舵权限还可以根据飞行员输入提供更线性或统一的俯仰反应以作为空气速度的函数。此外，限制升降舵权限可以阻止在相对高的动态压力处过高的操纵能力。不幸的是，根据空气速度过度地限制升降舵权限以减少尾翼载荷可以导致次佳的操纵能力。
[0005]由此可知，本领域需要一种用于在极限内移动升降舵的系统和方法，该系统和方法降低尾翼载荷同时提供了用于飞行器的俯仰控制的足够的权限。
【发明内容】
[0006]以上提到的关于升降舵控制的需要将由本公开具体地解决，本公开提供了控制飞行器的升降舵的方法。该方法可以包括识别飞行器的稳定器的当前稳定器迎角。稳定器可以包括枢转地耦接至稳定器的升降舵。该方法还可以包括比较当前稳定器迎角与阈值稳定器迎角，并且如果当前稳定器迎角大于或等于阈值稳定器迎角，选择有较强的限制性的升降舵位置极限。该方法可以附加地包括将升降舵移至不大于升降舵位置极限的命令的升降舵位置。
[0007]同样公开的是用于控制飞行器的升降舵的系统。该系统可以包括被配置成接收代表稳定器的当前稳定器迎角的稳定器信号的飞行控制处理器。如以上所指出的，稳定器可以包括可以被枢转地耦接至稳定器的升降舵。飞行控制处理器可以被配置成基于稳定器信号选择升降舵位置极限。如果当前稳定器迎角等于或大于阈值稳定器迎角，选择的升降舵位置极限可以有较强的限制性，且如果当前稳定器迎角小于阈值稳定器迎角，选择的升降舵位置极限可以有较弱的限制性。该系统可以包括升降舵致动器，该升降舵致动器被配置成将升降舵移动至不大于升降舵位置极限的命令的升降舵位置。
[0008]同样公开的是控制升降舵的方法，且该方法可以包括基于至少一个飞行器参数选择用于增加或减少升降舵的预定的水平尾翼载荷减缓(HTLA)权限的因数。HTLA权限可以随着马赫数和/或空气速度的增加而减小。该方法可以进一步包括根据HTLA权限和因数的乘积来计算升降舵位置极限，并移动升降舵至不大于升降舵位置极限的命令的升降舵位置。
[0009]已经讨论的这些特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中被独立实现或者在其他实施例中被组合。参考后面的描述和以下附图能够了解实施例的进一步的细节。
【附图说明】
[0010]本公开的那些和其他特征参考附图将更加显而易见，在所有附图中，相同数字表示相同零件，并且其中:
[0011]图1是用于控制飞行器的升降舵的系统的框图；
[0012]图2是飞行器的平面图；
[0013]图3是沿图2的线3截取的截面图，并示意性地图示说明机翼和水平尾翼，其中升降舵以负迎角被定向；
[0014]图4是机翼和水平尾翼的截面图，其中升降舵以正迎角被定向；
[0015]图5是飞行器的运转包络的图形，并图示说明基于马赫数、空气速度、动态压力和/或海拔可以用于限制升降舵的运动的飞行状态；
[0016]图6是用于基于水平尾翼的稳定器的当前稳定器迎角计算升降舵位置极限的系统的示例的示意图；
[0017]图7是用于基于当前稳定器迎角和一个或更多个升降舵致动器的液压系统的故障计算升降舵位置极限的系统的示例的示意图；
[0018]图8是用于控制飞行器的升降舵的系统的示例的示意图，该系统通过基于当前稳定器迎角选择用于增加或减少预定组的水平尾翼载荷减缓(HTLA)权限的因数(例如，用于上极限和下极限二者的单个因数，或者用于上极限和下极限中的每一者的不同因数)控制飞行器的升降舵；
[0019]图9是用于控制升降舵的系统的示例的示意图，其中用于增加或减少HTLA权限的因数基于马赫数和/或空气速度；
[0020]图10是列出基于马赫数和/或空气速度的用于不同的稳定器迎角的因数的一组查询表的示意图；
[0021]图11是列出用于速度制动手柄的不同展开水平和/或机翼操纵载荷减缓系统的不同展开水平的因数的一组查询表的示意图；
[0022]图12是用于控制升降舵的系统的示例的示意图，其中用于增加或减少HTLA权限的因数基于一个或更多个升降舵致动器的液压系统的故障的发生；
[0023]图13是图示说明一个或更多个操作的流程图，所述操作可以被包括在基于当前稳定器迎角来定位升降舵的方法中；
[0024]图14是图示说明一个或更多个操作的流程图，所述操作可以被包括在基于预定组的HTLA权限来定位升降舵的方法中。
【具体实施方式】
[0025]现在参考附图，其中这些展示是为了说明本公开的优选的各种实施例，图1示出的是可以被实施用于控制飞行器100的升降舵360的升降舵控制系统400的框图。飞行器100可以包括一对机翼200和水平尾翼306。每个机翼200可以包括可以被用于增大机翼200的升力特性的一个或更多个前和/或后缘设备222、224(例如，襟翼226)。在一些示例中，机翼200可以包括前缘设备222，诸如前缘缝翼或克鲁格襟翼。机翼200还可以包括一个或更多个后缘设备224，诸如后缘襟翼、襟副翼230和/或副翼228。此外，机翼200可以包括可以被安装至机翼200的顶表面的一个或更多个扰流板或速度制动器232，对于扰流板或速度制动器232的展开可以借助于作为飞行控制装置(未示出)的一部分的速度制动手柄234来命令，速度制动手柄234可以由飞行员和/或由自动驾驶系统(未示出)操纵。机翼200可以进一步包括机翼操纵载荷减缓系统208，用于降低在翼根210处的机翼弯矩，诸如通过偏转速度制动器232、前缘设备222和/或后缘设备224中的任意一个或更多个，从而改变沿翼展方向214的机翼弯度并且转变各机翼内侧的升力的中心。在一些示例中，如下所述，在巡航飞行期间，当飞行器100执行诸如在拐弯期间的操纵时、当飞行器100遭受到阵风时和/或当在飞行器100的俯仰变化期间(诸如在机头上移期间)飞行器上的载荷因数(例如，过载)增加时，机翼操纵载荷减缓系统208可以被激活或展开。
[0026]飞行器100可以进一步包括水平尾翼306。水平尾翼306可以包括一对水平稳定器330 ο尽管被描述为水平稳定器330，稳定器330可以以某一角度被定向，而并不一定是水平的。例如，稳定器330可以以相对于水平(例如，上反角)稍微向上的方向被定向或以相对于水平(例如，下反角)稍微向下的方向被定向。术语水平稳定器和稳定器在本文可以被交换使用。一个或更多个稳定器330可以由诸如稳定器致动螺杆(未示出)的一个或更多个稳定器致动器344或其他的稳定器致动机构致动。尽管稳定器致动器344可以被液压地驱动，但稳定器致动器344也可以是机电装置。一个或更多个稳定器330可以包括升降舵360，升降舵360可以被枢转地耦接至稳定器后缘336。每个升降舵360可以由一个或更多个升降舵致动器378致动。在一些示例中，一个或更多个升降舵致动器378可以被配置为液压致动器并且可以作为飞行器100的液压系统380的一部分被运转。在一些示例中，升降舵致动器378可以被配置为机电致动器。
[0027]如前所提到的，对于飞行器100的俯仰操纵，升降舵360可以被枢转地向上或向下移动。例如，为了将飞行器100从机头向上姿态操纵至水平姿态，升降舵360可以被枢转地向下偏转或定位(例如，升降舵后缘向下)，以便水平尾翼306产生增加量的向上载荷(例如，尾翼载荷308)以使飞行器100的机头恢复至水平。为了将飞行器100从机头向下姿态操纵至水平姿态，升降舵360可以被枢转地向上偏转或定位(例如，升降舵后缘向上)，以便水平尾翼306产生增加量的向下载荷(例如，尾翼载荷308)以使飞行器100的机头恢复至水平。当水平稳定器330和升降舵360上的动态压力随着增加的空气速度增加时，增加量的向上载荷或向下载荷由水平尾翼306产生。为了避免超过水平尾翼306和机身104的承载能力，升降舵360的权限可以随着空气速度增加而被电子地限制。不幸的是，根据空气速度过分地限制升降舵的权限以减少尾翼载荷可以导致次佳的操纵能力。
[0028]图1中，飞行器100可以包括用于控制升降舵360的偏转在极限内的升降舵控制系统400，其减少了尾翼载荷同时提供了用于飞行器100的俯仰控制的足够的权限。升降舵控制系统400可以以一种方式控制升降舵360的偏转角度或位置以减少在飞行器100的水平尾翼306和/或机身104上的尾翼载荷308以避免超过水平尾翼306和/或机身104的承载结构(未示出)的承载能力。在这方面而言，升降舵控制系统400可以减少尾翼载荷306同时为操纵飞行器100提供足够的俯仰控制。在一些示例中，升降舵控制系统400可以包括飞行控制处理器402 (例如，飞行管理计算机)。飞行控制处理器402可以接收关于飞行器100的一个或更多个控制表面的位置和一个或更多个系统的状态的信号。例如，飞行控制处理器402可以接收代表机翼200的控制表面的位置和/或展开水平(诸如前缘设备222、速度制动器232和后缘设备224的位置和/或展开水平)的信号。
[0029]在一些示例中，飞行控制处理器402可以接收代表机翼操纵载荷减缓系统208的展开水平的信号。机翼操纵载荷减缓系统208可以包括速度制动器232、前缘设备222和/或后缘设备224，这些装置的任意组合可以向上和/或向下偏转，以作为改变机翼弯度从而转变沿内侧方向的机翼载荷并因而减小翼根210处的机翼弯曲的手段。飞行控制处理器402还可以接收代表速度制动手柄234的位置的信号，该手柄可以被安装在飞行器100的飞行甲板上(未示出)并且可以由机组人员操纵(如以上所指出的)。飞行控制处理器402可以附加地接收代表水平稳定器330的当前稳定器迎角338的信号。例如，飞行控制处理器402可以接收来自一个或更多个稳定器传感器(未示出)的、指示当前稳定器迎角338的信号。