过失速机动飞行模拟与操纵效能分析

在大迎角非线性气动力模型和推力矢量发动机模型的基础上,结合非线性控制方法和与常规飞行增稳控制模态转换方法,实现飞机常规飞行包线内和过失速区域的全范围飞行模拟,同时提出了过失速机动操纵效能分析方法。通过对推力矢量飞机操纵效能的全面分析,验证了推力矢量控制有效实现和显著提高过失速区的机动能力。飞机全状态范围的过失速机动飞行模拟与操纵效能分析将为现代高机动飞机过失速机动飞行试验提供重要的技术支持和理论依据。     

先进战斗机过失速机动模型飞行试验技术

具有过失速机动能力的战斗机在近距空战中能够取得快速占位、先敌瞄准、有效规避攻击的战术优势,是先进战斗机的标志性性能要求。模型飞行试验技术作为空气动力学研究三大手段之一,在解决飞行器技术难题、实现技术创新方面发挥了重要作用。本文介绍了中国空气动力研究与发展中心利用带动力自主控制模型飞行试验平台发展的过失速机动模型飞行试验技术,以及开展的先进战斗机构型典型过失速机动模型飞行试验,分述了在大迎角非定常气动建模、宽量程气流系参数测量、大迎角非线性控制、推力矢量控制、大迎角非定常气动参数辨识方面的研究工作与解决这些关键问题的技术途径。通过此项研究,在国内首次实现了先进战斗机构型缩比模型典型过失速机动飞行,相关研究成果可为先进战斗机实现过失速机动飞行能力提供有力的技术支撑。     

一种典型过失速机动的仿真

从飞机的六自由度运动方程出发,结合推力矢量控制系统,进行三种典型过失速机动的数值仿真,主要研究了第一种机动的操纵规律;失速迎角后大迎角不对称气动力和力矩及气动迟 完成过失速机动的影响;推力矢量在实现过失速机动中所起到的作用。此外,对不同初始飞行状态也给予了讨论。仿真结果表明：推力矢量是过失速机动的有效手段;在设计操纵规律时,应予以充分考虑到不对称气动力矩的影响,气动迟滞、进入速度对过失速机动的影响     

飞机机动飞行时的隐模型控制器设计

为提高飞机的过失速机动能力，参考X-31A飞机的飞行控制系统模型，对非线性因素如气动力、陀螺惯性耦合以及重力影响进行补偿后，按飞行品质要求采用隐模型跟踪法设计了某机的反馈控制器，计算仿真表明，该控制器能够较好地发挥飞机的操纵潜力，可使飞机在获得较好的过失速机动能力的同时具有较为满意的飞行品质，引入推力短量控制，可增加飞机的操纵效能，从而增强控制器效果。     

推力矢量控制飞行的仿真研究

针对推力矢量控制飞行进行了仿真研究。推力矢量参与飞行控制,提高了飞机过失速飞行控制能力。在已建立的飞机和部件级的推进系统模型的基础上,进行了过失速机动飞行仿真,对推进系统常规控制与稳定性控制作了对比。      

三种典型过失速机动的仿真

从飞机的六自由度运动方程出发,结合推力矢量控制系统,进行三种典型过失速机动(“眼镜蛇”,尾冲,Herbst机动)的数值仿真,主要研究了每一种机动的操纵规律;失速迎角后大迎角不对称气动力和力矩及气动迟滞对完成过失速机动的影响;推力矢量在实现过失速机动中所起到的作用.此外,对不同初始飞行状态也给予了讨论.仿真结果表明:推力矢量是实现过失速机动的有效手段;在设计操纵规律时,应予以充分考虑到不对称气动力矩的影响;气动迟滞、进入速度对过失速机动的影响也不容忽视.     

推力矢量飞机平衡区的计算

通过对推力矢量控制下飞机动力学特性的分析，定义了飞机机动的平衡区并进行计算，确定了推力矢量在低速机动中对飞机平衡特性的决定性影响，并与常规飞机的平衡特性进行了比较分析。将以往用来分析飞机尾旋运动的分歧与突变理论（ＢＡＴＣＭ）推广到推力矢量飞机过失速平衡特性的计算中，确定了在不同的飞行状态及推力矢量系统配置下飞机过失速机动的平衡区。其结果有助于理解推力矢量系统的效用及其设计参数对飞机过失速机动能力的     

推力矢量飞机试飞技术模拟研究

为研究推力矢量飞机的试飞技术,建立了推力矢量飞机的动力学模型,用动态逆方法设计了4种过失速机动控制律,并在地面飞行模拟器上参考标准评估机动动作集(STEMS)进行了飞行模拟试验研究。试验结果表明,使用的4种过失速机动控制模式没有不可接受的操纵响应,飞机采用推力矢量控制后敏捷性明显提高。在模拟导弹攻击目标时,采用过失速机动控制模式具有明显的优势。     

过失速机动气动模型的试飞验证方法研究

介绍了现代飞机过失速机动的大迎角气动模型的特点和描述方法,结合某型飞机大迎角非定常气动力模型和推力矢量控制模型,分析了大迎角非定常、非线性气动力模型的飞行验证方法,并进行了地面模拟验证,为我国新一代飞机过失速机动大迎角模型验证飞行试验方法的研究和模拟试验技术的研究提供了依据。     

战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。     

A Microprocessor-Based Data-Acquisition System for Stall/Spin Research

Accurate data are necessary for the identification of aerodynamic parameters at high angle of attack and in spinning flight. Modern sensors and microelectronic devices are employed in a stall/spin data acquisition system that will be tested in a Schweizer 2-32 sailplane. This instrumentation package will use a quaternion-based ?strapdown IMU? algorithm to derive vehicle attitude from angular rate data, and it will use fault-detection logic to identify inflight sensor failures. Details of the system and flight test program are presented, together with results of preflight digital simulation analysis.     

现代战斗机飞行力学问题的研究进展

阐述了现代战斗机研制中若干飞行力学问题研究现状,内容涉及敏捷性设计指南和空战敏感性管理系统,过失速飞行包线扩展和机动飞行,大迎角飞行控制律设计,推力矢量控制和准无尾飞行,大迎有特性分析方法－开环和闭环特性分支分析方法和大迎角飞行品质要求六个方面。研究结果显示出这些大迎角飞行力学领域最新发展趋势及其在现代战斗机研制中的作用地位。     

基于过失速机动动力学的控制方法

为设计过失速大机动飞行控制律，按飞行的逆稳态模型考虑非线性因素的影响，同时对于陀螺、 惯性耦合效应及重力影响进行补偿，并直接根据飞行品质要求按隐式模型跟踪法设计反馈控制器。初步设计实例证明，这种方法适用于过失速机动动力学特点，能够获得发挥飞机操纵潜能、较好地控制飞机实现过失速机动、具有满意飞行品质的控制解，并且控制结构易于工程实现。算例还表明，即使不加装先进的过失速操纵装置，通过对飞行控制律的改进可以进一步发挥飞机本身的气动潜力，使之在一定的过失速迎角不正常工作。     

推力矢量控制与飞机过失速机动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段。针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法在飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态变量控制律的设计是利用快状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的操纵权限分配进行了探讨。“Cobra”和“Herbst”两个过失速机动的实现证明该设计方法和仿真方法是成功的。     

单机多目标攻击模态综合飞/火控制系统设计及仿真

多目标攻击是现代空战中的主要形式和发展趋势。本文主要介绍了多目标攻击火控系统的总体方案、基本组成及工作过程，将空战能力、空战态势指数法及动态的层次分析法应用于火控系统攻击逻辑决策中，给出了一种多目标超视距攻击火控系统的设计方案，其中在空战态势指数法中还考虑了高度因素。同时，对飞行／火力协调控制器进行了设计，并在六自由度飞机模型上进行了多目标攻击过程的数字仿真，仿真结果表明本文的设计方案是可行的。     

带机匣处理的轴流压气机过失速性能的研究

 针对一种可提高压气机裕度而又不牺牲效率的新型机匣处理,实验研究了亚音速单级轴流压气机孤立转子机匣处理前后的过失速性能,借助于压缩系统的一维逐级可压流数学模型,发展了一种可用于带机匣处理的压气机过失速性能预测程序,并用它解释了机匣处理后转子所特有的失速现象。     

基于动态逆的神经网络超机动飞行控制

为战斗机的过失速超机动飞行设计了一种神经网络控制器。基于时标分离的原则,神经控制器被设计为内环控制器和外环控制器两个部分。网络的训练利用改进的BP算法,将因子模糊化快速进行。样本点数据则由利用动态逆控制所得到的结果来提供。网络的使用利用联想记忆法则。仿真结果说明所设计的系统具有良好的控制性能及鲁棒性。