航空航天工程学杂志
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抽象的

垂直无尾飞机的飞行动力学与控制

Bras M、Vale J、Lau F、Suleman A*

目前的工作旨在研究一种新概念的垂直无尾飞机，该飞机配备变形尾翼解决方案，旨在消除垂直尾翼结构产生的阻力和重量。该解决方案包括一个旋转水平尾翼，其具有独立的左半部和右半部作为控制面。针对不同的尾部配置研究了不同的静态场景。所提出的变形配置在静态和动态稳定性方面进行了分析，并与传统配置进行了比较。针对整个尾部旋转角度范围计算定义静态稳定性极限的稳定性导数。开发了飞机的动态模型并实施了反馈控制系统。侧滑抑制系统，研究了三种不同配置（MC1、MC2 和 MC3 配置）的航向控制系统以及速度和高度保持系统。静态结果表明，飞机在大范围的尾部旋转角度下保持纵向稳定。尾部二面角和旋转角度的变化是维持方向和侧向稳定性的两种机制，但只有最后一种机制能够产生侧向力和偏航力矩。动态稳定性结果表明，由于没有垂直安定面，因此不存在螺旋模式或荷兰滚模式。尾部旋转的增加产生了螺旋模式和不稳定的荷兰滚模式的出现，随着尾部旋转的增加，荷兰滚模式迅速退化为两个不稳定的实根。尾部添加二面角增加了整体模态的稳定性，同时减小了尾部旋转时模态的变化幅度。事实证明，变形尾部配置是一种在小型无人机等飞行器上实施的可行控制解决方案，其中MC1配置是三种变形配置中最简单的，也是最可靠的。