基于现代控制理论的飞机横航向控制律设计研究

本文基于现代控制理论对飞机横航向控制律设计进行研究,运用具有工程意义的线性二次型最优控制方法、特征结构配置方法和动态逆方法,通过状态反馈,得到飞机横航向反馈控制律,并对其进行仿真与验证.     

基于A320飞机横航向控制律架构的LQ设计

空客A320飞机横航向控制律采用特征结构配置方法计算闭环增益,实现了期望特征值的配置及横航向关键参数之间的解耦。基于A320横航向控制律架构,提出使用线性二次型(Linear Quadratic,简称LQ)方法,对闭环增益进行重新设计。首先根据期望的特征值引入关键参数的频域整形环节,而后通过调整二次型性能指标加权矩阵实现期望特征值的逼近及关键参数之间的解耦,并求得闭环反馈增益,最后在特征结构、稳定裕度和横航向解耦效果方面与空客设计结果作了对比分析。仿真结果表明,LQ设计可获得与特征结构配置设计相近的结果,即得到接近期望值的特征值,并实现关键变量的解耦,同时保证了闭环稳定裕度。     

分叉分析方法在大迎角控制律设计中的应用

 在充分了解本体静不稳定飞机大迎角非线性数学模型的分叉特性的基础上, 以分叉分析方法作为指导, 采用特征结构配置方法设计纵向控制律和调参的横航向控制律。结果显示, 不期望的分叉行为得到抑制,飞机稳定和解耦的飞行范围得以延伸。     

特征结构配置在飞机模态解耦中的应用

主要对特征结构配置在飞机模态解耦中的应用问题进行研究,并以某飞机横航向小扰动运动为例,按照飞机飞行品质规范要求,给出荷兰滚模态和滚转模态解耦控制的设计方法。     

某电动飞翼无人机横航向稳定性飞行试验研究

针对飞翼横航向稳定性和惯量特征,采用飞行试验的方法进行探索研究。通过设计不同横航向稳定性和不同惯量特征的飞翼试验机,对其进行飞行试验,对比其飞行试验结果,摸索电动飞翼无人机的横航向设计特点以及转动惯量的配置方法。该研究为此类飞机的稳定性设计提供了依据。     

侧滑角对横航向控制律设计影响分析

本文以某型机为例,在飞控系统中引入侧滑角信号,分析对比加入侧滑角反馈后对飞机偏离特性的影响。同时对引入侧滑角信号后的飞控系统进行横航向控制律设计,并和传统的横航向控制律设计进行对比分析,通过进行六自由度仿真分析,对比两者的横航向响应特性。     

飞机直接侧力控制律设计

采用直接侧力控制可消除常规飞机在航迹操纵方面的不足,并产生某些新的运动模式,这对横航向运动优点更为突出。文中首先对飞机直接侧力控制的三种基本运动模式进行了分析。然后简述了用特征结构配置和模型跟踪技术计算反馈和前馈增益以设计输出解耦控制系统的主要步骤。最后以CitattonⅡ型飞机为算例,设计了其直接侧力控制律。计算结果是令人满意的,说明所采用的原理和方法对直接侧力控制律的设计是行之有效的。     

武装直升机横航向解耦控制研究

应用现代控制理论中的特征结构配置法,设计了武装直升机横航向增控增稳控制系统,并通过特征向量的选型使横航向两通道实现解耦,考虑舵回路后,利用增广的模型矩阵,通过特征配置求出输出反馈控制律,进而与指令模型,机械通道传动比一起构成解耦控制的系统结构图,数字仿真结果表明,系统具有良好的解耦控制效果和闭环特性。     

大型运输机推力不对称补偿控制律设计

为了补偿推力不对称对大型飞机造成的影响,基于推力不对称对飞机姿态及运动的影响分析,提出了引入侧滑角反馈的横航向控制律补偿方案,并进行了仿真验证。仿真结果表明,补偿后的控制律能够减小侧向偏离、侧滑角及滚转角,保持航向和飞行姿态,从而减轻了飞行员负担,保证了飞行安全。     

结冰对飞机横航向飞行品质的影响

针对结冰后飞机横航向飞行品质问题,引入结冰影响模型,对不同结冰条件下的飞行动力学特性进行仿真。基于仿真结果和典型模态特性,利用等效系统拟配原理在时域范围内对飞机结冰后的滚转角变化进行了分析。提出基于典型模态下对飞机横航向时域响应进行拟合,从而计算出结冰后横航向模态特性参数的方法。根据计算结果,分析了不同结冰严重程度对飞机横航向飞行品质的影响。仿真结果表明,结冰后飞机横航向模态特性变差,飞行品质发生降级,对飞行安全构成了严重威胁。     

弯折翼尖对飞翼布局飞机气动特性影响

为提升无尾飞翼布局飞机航向控制能力,以典型飞翼布局飞机模型为研究对象设计了翼尖可绕弦线方向偏转结构。基于FL-14风洞单自由度动态试验系统开展了静态和动导数试验,研究了飞翼布局飞机基本气动特性及翼尖偏转对全机气动特性的影响。结果表明：无尾飞翼布局飞机航向呈静不稳定,航向动稳定性极弱,航向增稳设计及控制很有必要;翼尖偏转有助于增强飞机的航向静、动稳定性,并很好地解决了传统阻力类舵面航向增稳时导致全机升阻比下降气动效率降低的问题;翼尖偏转能够有效改善飞翼布局飞机恶化的荷兰滚模态使之趋近于常规布局飞机模态,这有利于简化飞机横航向控制律设计方法。弯折翼尖结构具有舵面少、效率高的特点,是航向增稳的有效手段,具有应用价值。     

升力风扇无人机垂直起飞控制系统设计与仿真

针对升力风扇无人机升力产生原理异于常规飞机的特殊性,对无人机进行了受力情况分析,建立了垂直起飞阶段全量飞行力学数学模型,并详细给出了纵向和横航向的控制方案。采用传统控制律设计方法对升力风扇无人机垂直起飞过程的高度、纵向及横航向控制回路进行了设计,并搭建控制仿真平台进行了仿真验证,通过仿真结果分析了该类型飞机的运动特性,验证了控制系统的正确性和可行性。     

横航向等效系统拟配应用研究

本文主要介绍实际应用转轴法进行横航向等效系统拟配的方法和体会。以某飞机为例进行了横航向等效系统的拟配,并以此对该飞机横航向模态特性及飞行品质进行了初步研究.     

飞机横航向模态模型的选择

评价有人驾驶飞机的操纵品质，要求将高阶飞机系统用一个动态特性等效的低阶系统来代替。由于飞机横航向等效系统比较复杂，如何选择恰当的模型进行辨识是一个很重要的问题。依照军用规范，通过对飞机横航向运动等效系统模型的建立，分析了在××飞机铁鸟台架试验过程中，在信号激励下飞机横航向运动的几种模态的运动情况，并依此模型进行辨识，得到飞机横航向模态的品质参数，取得很好的计算结果。     

W型无尾飞机的操纵机理与稳定特性研究

 W型无尾飞机基于前掠翼及翼身融合的一体化设计，取消了平尾和垂尾，可大幅降低雷达反射截面积，减轻结构重量；同时具有亚声速气动效率高、横航向操纵面效率高的优势。根据该构型的特点，配置设计了新型的多操纵面，并研究了其新的操纵机理。在此基础上，计算分析了这一新布局飞机特殊的三轴稳定特性，研究表明，W型无尾飞机的纵向阻尼不足，纵向短周期和长周期模态分别仅满足III级和II级飞行品质；横航向都是静不稳定的，动稳定性表征为滚转模态的发散和荷兰滚模态稳定，并分析了其可能的物理成因。最后研究了横航向静稳定性导数对W型无尾飞机横航向稳定边界的影响。研究方法和结果对于新布局飞机初步设计具有重要参考价值。     

盒式机翼布局大型飞机横航向飞行品质研究

经计算并和常规布局大型飞机对比分析,给出了盒式机翼布局大型飞机的气动特点;然后研究了盒式机翼布局大型飞机本体横航向飞行品质;针对盒式机翼布局本体飞机横航向飞行品质较差的问题,研究了提高盒式机翼布局飞机横航向飞行品质的有效方法.研究结果表明:盒式机翼布局大型飞机具有良好的升阻特性和特殊的横航向气动特性;修改布局参数对提高...     

横航向驾驶员诱发振荡研究及地面模拟验证

本文建立了包括非线性环节在内的横航向驾驶员—操纵系统—飞机本体组合系统的数学模型,采用闭环控制原理,对JJ-7飞机横航向驾驶员诱发振荡PIO问题进行了研究,并详细地讨论了驾驶员参数及其各种操纵动作、操纵系统和飞机本体气动参数对横航向PIO的影响,探讨了横航向PIO产生的机理。文中以JJ-7飞机为例,采用时域法在整个飞行包线各点进行了检查,并用固基飞行模拟器进行模拟验证。其结果与理论计算结果相一致。     

控制增稳系统改善飞机横航向模态特性的能力

本文对有无控制增稳系统飞机的横航向模态特性进行了比较计算.通过计算对系统进行了数学分析,从而得到了一组较佳的系统参数,提高了系统改善飞机横航向模态特性的能力.     

飞机横-航向耦合模态特性和飞行品质优化研究

本文阐述了飞机横—航向耦合的形成机理,研究了气动外形参数变化对滚转-螺旋耦合模态的影响。文中提出对横—航向模态特性进行优化的算法,该算法对飞机的改型和初步设计有一定的参考价值。最后对某歼击机的横—航向模态特性进行了优化计算,计算结果表明,该机在许多状态下的飞行品质得到了提高。     

农林飞机近地作业飞行的横航向稳定特性

 分析了地面效应对飞机产生附加滚转和偏航力矩的气动新机理,研究了农林飞机近地作业飞行时横航向气动特性随高度的变化规律,推导了考虑地面效应影响时的飞机横航向静稳定性新准则,并分析了不同飞行高度时这些静稳定性的变化趋势。采用地效区内飞机的运动方程,计算并分析了农林飞机不同作业高度下的横航向模态特性及变化规律,并进行了模态特性的简化和验证分析。