某型飞机非线性动力学特性的分叉分析

针对某静不稳定飞机的非线性动力学模型，采用分叉与突变理论（BACTM）计算了常规控制面变化的飞机本体平衡曲线，揭示了其固有的在大迎角下的开环运动特性，在此基础上，设计纵向增稳系统，以保证飞机在小迎角下具有良好的操纵特性，然后再用BACTM分析预测其大迎角下的闭环运动特性，结果表明，其具有与静稳定性飞机类似的预测结果。     

基于H∞模型匹配的应急飞行控制研究

研究发当飞机常规操纵舵面失效时，通过飞机发动机推力大小来操纵飞机的飞行问题，采用H∞模型匹配的方法，设计动态补偿器，使只调节发动机推力的飞机所表现的特性与在常规舵面操纵下的飞机所表现的特性相近似,从而使飞行员能在操纵舵面失效的情况下，按常规操纵的方法通过控制飞机发动机推力来操纵飞机，实现应急控制，仿真验证了这种方法的有效性。     

多操纵面飞机稳定非线性控制分配

针对多操纵面飞机具有冗余操纵面的特点,考虑操纵面的位置约束,对多操纵面飞机设计一个由上层控制律和动态控制分配律组成的非线性控制器,应用李雅普诺夫稳定性理论和LaSalle不变集定理分别证明了上层控制子系统、动态控制分配子系统和整个闭环系统的渐近稳定性。对某多操纵面飞机的仿真结果验证了方法的有效性。     

飞机平衡状态的优化计算方法

分析了飞机定常飞行时平衡状态的基本特性，提出一种平衡状态及平衡面的优化计算方法，并以F－16飞机为模型，对其常规飞行时的平衡状态参数在推力矢量控制下迎角定常飞行时的平衡面进行了计算。仿真结果表明，该方法具有较好的收敛性、稳定性，在飞机定常飞行的配平计算、用分支突变理论分析大迎角非线性特性时平衡面的计算以及推力矢量控制的分析计算中，有广泛的应用价值。     

飞机偏离预测研究之探讨

本文根据飞机偏离运动的特性,利用飞机非线性运动方程组的导算子矩阵研究副翼操纵时飞机闭环稳定性,获得了飞机偏离预测的新判据。通过对6架飞机偏离特性的计算,表明该判据简单有效切实可行,并且与Bihrle判据以及Weissman判据取得了较好的一致。     

飞机突防飞行非线性解耦控制的实时仿真方法

非线性解耦控制系统仿真是当前研究的重要方向之一。本文提出了一种仿真飞机大大气扰动下突防飞行非线性解耦控制的简便方法，该法用飞机指令变量的跟踪特性来仿真系统的解耦控制特性和对期望突防迹的跟踪特性，具有方法简单，易实现，计算稳定，实时性较好，结果准确，仿真检验人可介入，可在无地形的视景设施条件下使用等特点。可用于设计选择解耦控制律参数，研究和检验飞行器运动的解耦控制特性及其它非线性解耦控制系统的实时仿真研究。     

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。     

基于H_∞模型匹配的应急飞行控制研究

研究了当飞机常规操纵舵面失效时 ,通过调节飞机发动机推力大小来操纵飞机的飞行问题。采用 H∞ 模型匹配的方法 ,设计动态补偿器 ,使只调节发动机推力的飞机所表现的特性与在常规舵面操纵下的飞机所表现的特性相近似 ,从而使飞行员能在操纵舵面失效的情况下 ,按常规操纵的方法通过控制飞机发动机推力来操纵飞机 ,实现应急控制。仿真验证了这种方法的有效性。     

大飞机机翼结冰条件下的纵向飞行动力学特性研究

为了研究机翼结冰对飞机气动特性的影响,采用线性化小扰动分析方法和非线性全局稳定性分析方法,对大飞机机翼对称结冰情况下的飞行动力学特性展开了研究。结果表明:机翼结冰主要影响飞机的升阻特性,使得飞机的平衡迎角和需用推力增大、临界迎角和运载能力减小;机翼结冰后,飞机阻尼减小,振荡加剧;同时操纵升降舵和水平安定面,飞机可能出现不稳定情况。研究结果可为不同结冰程度下的操纵策略、飞行安全边界评估、结冰实时探测等工程应用提供理论支持。     

飞机航向神经网络PID参数自整定控制器研究

飞机航向操纵的模型参数具有非线性、慢时变特性。飞机航向操纵的传统控制方法的操纵性能不能令人满意。本文讨论一种应用BP神经网络实现PID参数自整定的控制方法。此法能根据飞机动态特性的变化，自动重新整定PID参数，从而改善了飞机航向的操纵性能和鲁棒性。     

高机动性飞机大迎角全局稳定性研究

为了研究高机动性飞机大迎角时的全局稳定性,建立了飞机的非线性动力学方程和气动力模型。应用微分方程定性理论,通过对算例的分析,讨论了目前飞机设计中常用的稳定性判据(如(C_(nβ))_(dyn)和LCDP等)与平衡点处线化矩阵特征值之间的关系。结果表明这些判据可以从飞机在特定状态下的线化矩阵经简化得到。因此,它们只能预测大迎角的局部稳定性。若考虑全局稳定性则必须用本文所给的方法进行。最后,指出了平衡点和周期吸引子与机翼摇晃、偏离和尾旋之间的关系,并用时间过程作了验证。     

飞行器纵向非线性动力学建模对稳定性的影响

飞行器的稳定性分析与建立的动力学分析模型密切相关.传统的稳定性分析方法是基于小扰动假设建立线性化模型,当飞行状态中非线性特征明显时,其结果误差会带来多大的影响是人们关心的问题.通过建立飞行动力学非线性模型和气动力非线性模型,采用时间推进方法对两类非线性问题进行了比较系统的研究.数值计算结果表明,飞行动力学非线性模型与线性模型相比,周期增大、幅值减小、衰减率增大;而菲线性气动力模型对周期几乎没有影响,但对幅值有一定的影响.     

扩展分支分析方法在飞行动力学中的应用

将分支分析和突变理论方法扩展后,应用于飞机全包线范围内平衡特性的连续计算和稳定性分析,提出了以扩展分支分析方法为基础的反馈参数连续调参的控制律设计方法。研究结果表明,扩展分支分析方法不仅能获得飞行性能指标,而且可确定非线性飞行动力学系统的稳定特性,是综合进行性能计算、品质分析及控制律设计的一种有效方法。     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。     

Bifurcation analysis and stability design for aircraft longitudinal motion with high angle of attack

Bifurcation analysis and stability design for aircraft longitudinal motion are investigated when the nonlinearity in flight dynamics takes place severely at high angle of attack regime. To predict the special nonlinear flight phenomena, bifurcation theory and continuation method are employed to systematically analyze the nonlinear motions. With the refinement of the flight dynamics for F-8 Crusader longitudinal motion, a framework is derived to identify the stationary bifurcation and dynamic bifurcation for high-dimensional system. Case study shows that the F-8longitudinal motion undergoes saddle node bifurcation, Hopf bifurcation, Zero-Hopf bifurcation and branch point bifurcation under certain conditions. Moreover, the Hopf bifurcation renders series of multiple frequency pitch oscillation phenomena, which deteriorate the flight control stability severely. To relieve the adverse effects of these phenomena, a stabilization control based on gain scheduling and polynomial fitting for F-8 longitudinal motion is presented to enlarge the flight envelope. Simulation results validate the effectiveness of the proposed scheme.     

大展弦比飞机运动稳定性建模及分析

随着飞机设计技术的提高和新型材料的应用，现代飞机气动弹性效应越来越显著，刚体运动和弹性体振动互相解耦的关系不再明显，在分析弹性飞机相关问题时，应该综合地、统一地考虑飞行动力学与气动弹性力学问题。本文在一般体轴系下综合考虑了飞机刚体运动自由度和弹性振动自由度，建立弹性飞机刚弹耦合运动的方程，通过在配平状态下引入小扰动运动假设，以及利用有理函数拟合技术将偶极子格网法计算所得到的频域非定常气动力转化为时域形式，建立了大柔性飞机刚弹耦合小扰动状态空间方程，并对纵向运动稳定性进行分析计算。针对文中构型飞机，运用本文所采用的方法计算所得结果与传统的线性及刚体计算所得结果进行对比分析，非线性计算方法所得颤振速度更小，而且失稳模态亦发生变化，对于飞行力学模态而言，长周期模态稳定性变差，在计算速度范围内出现失稳的现象，由此说明机翼大变形对飞机稳定性所带来的影响。     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

民机极限飞行状态的动态气动力试验与建模

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素,飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围,进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。本文开展典型民机布局飞机极限飞行状态的动导数、大振幅试验,对大迎角动态气动力的参数影响规律以及非线性、非定常特性进行分析和建模。结果表明,在飞机失速到过失速区域,飞行姿态快速变化过程中动态气动力的非线性和非定常特征显著;在动导数试验和建模中,考虑运动角速率的影响,可以预示气动力非线性的迎角范围,并捕捉到关于飞机动稳定性演化的关键特征;利用Goman-Khrabrov状态空间模型结合大振幅试验,可以确定模型中表征非定常特征的关键时间常数,获得特定极限飞行状态运动中的非定常动态气动力特性。研究方法和结果为开展民机极限飞行状态的动态气动力风洞试验设计与建模提供了一个可行途径,能改进飞机飞行失控预防、极限状态改出、飞行模拟训练和飞行事故分析等。     

基于数字虚拟飞行的民用飞机纵向地面操稳特性评估

针对民用飞机设计方案纵向地面操稳特性的评估需求,面向适航标准的要求,提出了一种基于数字虚拟飞行的评估方法。基于适航条例要求提出了纵向地面操稳特性的量化判定准则,建立了飞机的地面运动模型和驾驶员操纵模型,以实现起降等特定地面运行任务的数字虚拟飞行,最终依据数字虚拟飞行结果和判定准则对飞机设计方案的地面操稳特性做出评估。应用此方法研究了某大型运输类飞机的纵向地面操稳特性。数字虚拟飞行结果表明:前翻倾向的严重情况发生在起降过程的高速滑行段,主轮刹车引起的机身前翻倾向是显著的,起落架纵向定位参数设计以及飞行进近参数选择均会对飞机的纵向地面操稳特性产生影响。     

倾转旋翼机模型线性化及稳定性分析

在建立倾转旋翼机非线性动力学方程的基础上,推导了线性模型系数矩阵中各元素的求解式。利用各模式下的配平结果,计算了相应的线性化模型。通过对线性化模型系统矩阵特征值的分布情况,分析了倾转旋翼机的本体稳定性。给出的线性化方法通用性强,适合于任意飞行状态下线性模型的计算。