飞行力学中的系统识别

本文简要介绍系统识别的基本概念、运动方程、数学模型、可识别性、输入信号设计、飞行试验测试技术、试验实施,数据处理方法以及各种不同估算方法。并将系统识别技术理论应用于飞机和直升飞机飞行试验中去。     

时域中低阶等效系统方法及其应用

介绍了用低阶等效系统拟配高阶飞机时间反应的新方法，该方法利用飞行试验中收集的飞机输入和输出数据识别飞机动力学特性，以变稳飞机ＮＴ－３３Ａ飞行试验为例，预测和评定了不同构形情况下的有关飞行品质，并与带宽准则估计结果和实际驾驶员评定进行了比较，结果证明该方法适用于飞行试验中飞行品质的评定。     

用于电子战系统飞行试验的地面测量数据处理系统

本文介绍了用于电子战系统飞机飞行试验的数据采集、记录和处理系统。所有数据都来自多台地面雷达跟踪系统和一台随动的接收天线。在实际进行电子战系统飞行试验前,将接收机和跟踪雷达特性以及飞机干扰机特性输入“试验建立数据库”文件。利用该数据库与试飞期间测得的实时测量值可得到图表形式的联机结果,供飞行试验工程师使用。     

系统识别与飞机颤振

本文在简要综述了系统识别技术在飞机颤振研究中的应用后,介绍了三种系统识别方法。重点讨论了其算法要点及理论基础。对有关数据处理问题也作了适当说明。基于复模态分析和优化技术的传递函数法可以精确识别出全部模态参数,并在带外挂机翼颤振模型试验中获得成功,该法可推广到仅有响应数据的风洞与飞行试验情况。脉冲响应和自回归滑动平均模型法采用了相关和最小二乘技术,可以在较强干扰情况下得到精确结果,后者还可求出估计值与真值的协方差。两种时域方法皆可无需专用信号分析设备而直接利用测量采样数据进行系统识别。     

无尾飞机的多变量控制律设计

本文介绍了按无尾战斗机综合的纵向和横侧向动力学特性设计的手动飞控系统。所用的设计方法是动态反演与结构化奇异值综合相结合，以便解决稳定性、性能和对受控对象不确定因素的鲁棒性问题。根据闭环系统所达到的稳定性、飞行品质和可靠性订出了设计目标。总设计结构包括一个内回路和一个外回路。内回路将飞机动力学特性调整等于所需的动力学特性，而外回路则采用结构化奇异值综合法来获得一种鲁棒的动力学控制器，以跟踪模型对飞行员指令的理想响应，然后利用一个可按飞机飞行状态调参的前置滤波器使系统输入成形，以便获得所要求的飞行品质。     

无尾飞机的多变量控制律设计

本文介绍了按无尾战斗机综合的纵向和横侧向动力学特性设计的手动飞控系统。所用的设计方法是动态反演与结构化奇异值综合相结合，以便解决稳定性，性能和对受控对象不确定因素的鲁棒性问题。根据闭环系统所达到的稳定性，飞行品质和可靠性订出了设计目标。总设计结构包括一个内回路和一个外回路。内回路将飞机动力学特性调整等于所需的动力学特性。而外回路则采用结构化奇异值综合法来获得一种鲁棒的动力学控制器，以跟踪模型对飞行员指令的理想响应。然后利用一个可按飞机飞行状态调参的前置滤波器使系统输入成形，以便获得所要求的飞行品质。     

一种基于短时机动试飞数据的动力学辨识优化方法

飞行动力学辨识算法的一个关键问题是,如何通过简单的机动获取所关心频率范围的响应特性。短时倍脉冲是一种易于实施的激励信号,兼顾试飞安全性与经济性,但与频域辨识法通常使用的扫频输入激励相比,短时机动频谱范围窄、信噪比低,一般难以得到准确的辨识结果。对如何基于短时机动飞行试验数据,提高辨识结果准确性的问题进行了研究。首先分析了经典Welch谱估计进行时域-频域转换过程中,影响非参数模型辨识精度的主要因素,提出了削减窗函数边缘缩减效应的数据预处理方法,并结合多窗口综合技术,提高频域特性辨识结果的精度。在参数化模型辨识过程中,针对有限频谱范围,提出了利用相干函数和功率谱密度加权综合,确定等效拟配的频率范围和频率节点的自适应方法,使得低阶等效拟配与输入激励信号高度相关,提高参数化模型辨识的精度、一致性和适应性。通过不同类型飞机的大量短时机动和少量扫频飞行试验数据模型辨识的工程应用示例,验证了动力学辨识优化方法算法稳定、结果准确,可满足飞行品质模态特性评价等应用需求。     

用于直升机频域系统识别的频率响应灵敏度函数

本文论述了基于频域的状态空间系统识别的一些见解。发展了一种频率响应灵敏度函数,并用于依据模拟频率扫描数据识别耦合旋翼－机身直升机模型问题。这种函数表示,在所研究的每个频率上,模拟频率响应对模型参数扰动如何敏感。通过表明什么频带和什么输入最适合于参数的识别,这种信息可用于改编识别程序。本文还给出了用于高效计算这种灵敏度函数导数的公式。这就能够更快地实现频率响应匹配的精度矩阵的计算。这种技术的一种可能的应用是单独的低频飞行试验和较高频的旋翼风洞试验识别耦合的旋翼－机身系统。结果证明,使用频率响应灵敏度函能够有助于使一般留待分析人员判断的决定自动化。     

小型无人机纵向动态特性试验验证

应用气动力估算方法得到某小型无人机的纵向气动力数据;通过风洞试验和飞行试验对估算结果进行动态特性验证,并重点讨论了小型无人机的脉冲激励飞行试验验证。研究发现,选择飞行试验激励信号既要考虑小型无人机的特殊性,又要考虑信号的频谱特性;激励信号的选择为同类飞行测试提供了参考。     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

结冰严重破坏飞机的动力学特性，使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显，导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险，易引发飞行事故。为解决此问题，提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法，该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性，可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先，基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界，并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响；其次，利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化，结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法；最后，搭建了飞行仿真训练系统，并以着陆为训练科目，通过与传统迎角安全预警方法对比，得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明，相比于传统迎角限制方法，动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险，且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。     

用跟踪试验进行闭环飞行品质研究

本文概述了闭环飞行品质研究的必要性,用跟踪试验进行闭环飞行品质研究的可能性和有效性。文中介绍了过去两次跟踪试飞的方法和结果以及存在的问题。为了克服这些问题,研制了一套跟踪显示系统,最近的一次闭环飞行品质研究计划中应用了这套系统。地面固定基座飞行模拟器试验和飞行试验表明,这套系统是有效的。试验结果还表明,用跟踪试验进行闭环飞行品质研究是成功的。文章就闭环飞行品质研究的好处以及尚存在的问题进行了探讨,并提出今后应进行的工作。主要是用已获得的飞行试验数据对驾驶员的数学模型进行识别和将跟踪试验的结果与其它飞行品质规范,包括开环判据和闭环判据,进行比较分析。     

周期性碰摩激励作用下薄壁机匣支撑系统响应机理

针对发动机薄壁机匣支撑系统在碰摩激励作用下动力学响应复杂,基于机匣振动信号的碰摩故障特征识别难度大的问题,提出了一种用于故障特征机理分析的数值仿真方法。通过建立薄壁机匣系统的等效动力学三维实体模型,将碰摩激励进行等效力学简化,利用瞬态动力学方法对周期性碰摩故障进行了数值仿真。在系统固有特性分析的基础上,对机匣测点在碰摩激励作用下的时域、频域响应特征展开研究,得到了碰摩故障特征的产生机理。机匣位移振动信号主导频率为系统整体低阶固有频率,加速度振动信号主导频率为碰摩脉冲激励频率及其倍频,上述结论可作为碰摩故障发生的依据,为故障早期诊断提供参考。      

一种用于电传飞机飞行试验的信号发生器总体设计

介绍了一种用于电传飞机飞行试验的飞行试验激励系统，它根据电传飞机特点采用了与飞控系统复合的方式，借助飞控系统向飞机发生各种激励指令。文中介绍了该系统的结构、仿真试验结果及激励信号波形在空中飞行模拟器上的试飞结果。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

主动控制技术(ACT)验证机工程飞行仿真系统设计

研究一种我国自行研制、开发的用于ＡＣＴ验证机的研制和试飞的多功能工程飞行仿真系统,分析了系统的设计概念、原则和功能要求,提出了面向多功能要求（全数字实时飞行仿真、电传飞控铁鸟台综合试验、飞行训练模拟和工程飞行仿真）的总体设计和总体结构,研究了ＡＣＴ验证机动力学特性的建模、仿真和提高仿真逼真度的方法。研究和开发了工程飞行仿真的实时管理软件系统和人机（用户）接口。系统应用实践和试飞飞行员的评价表明设计是成功的,是一种性能／价格比高的工程飞行仿真系统。     

空间站舱体转位试验系统动力学匹配设计与仿真

针对空间站舱体转位地面试验二维模拟空间三维动力学特性的等效性问题,通过第二类拉格朗日动力学方法,建立起在轨与地面试验系统之间的动力学关系,进行了质量特性匹配性设计。基于设计的质量特性,进行了在轨转位和地面试验转位两种仿真分析,仿真结果表明,在轨与地面动力学仿真结果在趋势和峰值两方面一致性很好,所设计的实验舱模拟器质量特性可以用于地面试验系统的研制。     

民机自动飞行模式设计规范与适航性分析

民机自动飞行系统对降低飞行员工作负荷、提高飞行安全性具有重要作用.分析了自动飞行系统飞行模式设计的相关适航规范要求,研究了模式设计的基本方法和软件开发工具,以及适航符合性验证方法.开发了一种飞行模式设计与仿真平台,基于MATLAB/Stateflow设计飞行模式及其切换机制,采用MATLAB/GUI接收驾驶员操作输入,并调用飞行动力学模型进行实时仿真.形成一个集模式设计、仿真和验证一体化的闭环平台,可用于民机飞行模式的设计和适航性分析.     

直升机飞行动力学数学模型研究特点分析

根据国内外直长机数学模型研究情况,从飞行动力学角分析直升机数学模型的特点。重点讨论了不同研究目的直或机飞行动力学模型的区别,即分别对以非实时数值仿真,实时数值仿真和控制律设计为目的的直升机模型进行分析,阐述其在模型的运动方程数学形式,子模型的复杂性和选取,模型精度以及模型的应用范围等方面的特点,并简要介绍了目前用于直升机飞行动力学特性研究的综合分析软件系统和试验相关性研究。     

导弹自适应结构滤波器的设计与仿真

由于飞行过程中飞行环境与自身特性的大幅度变化,导弹的飞行动力学特性和结构模态参数变化范围很大,难以精确建模,对导弹的气动伺服弹性稳定性带来潜在危险,传统结构滤波器的适用性也难以保证.提出一种自适应结构滤波器的设计方法,利用导弹输入指令和传感器输出的采样信号,建立导弹的自回归滑动平均(ARMA)模型;采用递归最小二乘算法...     

电传飞机系统动态特性识别

提出了一套识别飞机系统动态特性的方法。对于短时激励信号,可同时采取时域法和频域法;对长时激励信号仅采取频域法。方法验证采用了变稳飞机电传系统试飞数据和专门的仿真试验数据。结果表明:该方法可解决电传飞机系统识别和评定中的许多问题,并为更进一步的应用研究打下基础。