飞行器动态稳定性参数计算方法研究进展

动态稳定性参数（简称动导数）是飞行器控制系统设计、飞行器动不稳定发生边界分析及相应动态稳定性判据研究的关键气动参数。在对飞行稳定性问题进行概述的基础上,介绍飞行器动态稳定性参数数值模拟的国内外研究进展。并按照理论方法、工程近似方法及计算流体力学（CFD）模拟方法的动导数发展方向对近年来主要的动导数计算方法进行了综述,评价了各种动导数预测方法的优缺点,指出了动导数数值模拟在理论基础、非定常气动力建模、预测方法精度和效率等方面存在的问题。最后对动导数数值模拟的发展趋势进行了展望。     

飞行器闭环人—机特性确定方法

针对飞行器设计中的人－机系统分析问题，给出了一种飞行器人－机闭环系统特性确定的迭代优化方法。为了提高优化方法的数值稳定性和计算效率，通过先固定部分参数再求解其它待定参数，简化了非线性系统的优化问题。针对某型飞机，应用此方法进行了闭环仿真，结果表明，该方法可用来确定飞机尼尔－史密斯特性，也可以用于飞机稳定余度的确定。     

扇翼飞行器气动特性优化设计

采用多目标优化和数值模拟结合的方法对扇翼飞行器气动特性进行了优化研究。CFD计算结果与文献结果对比,验证了数值方法的可靠性。计算得到多结构参数影响下扇翼飞行器高升力、低阻力的优化结构参数和主要影响因素。研究结果表明,建立的近似数学模型和优化结果精度较高,满足工程需要。优化后,扇翼飞行器的升力和推力较大,飞行器气动特性得到显著改善。     

飞行器再入机动制导的一种新方法

基于飞行力学的原理，建立了飞行器攻击地面目标的运动方程，进而运用计算结构力学与最优控制的相似性原理，将求解Ｒｉｃｃａｔｉ方程的一种新方法引入飞行器再入机动制导问题中。由于采用的是结构静力学中的子结构消元法，从而避免了本征值问题的求解。该方法大幅度地提高了计算速度，同时具有很好的数值稳定性，计算结果表明该方法的有效性。     

再入机动飞行器气动特性的数值计算和近似计算方法

本文提供了改进的空间Euler方程推进方法和稳定方法,可有效地计算再入机动飞行器的流场,然而,这种数值方法计算再入飞行器的气动特性耗机时多,经费昂贵。 本文发展了一种新的近似计算方法,其计算结果与数值解和试验相比相当吻合,计算机时仅为数值计算的0.2％,对于工程应用,该方法是有数的工具。     

非定常预处理方法在倾转旋翼飞行器悬停状态气动干扰模拟中的应用

针对倾转旋翼飞行器的多种速度尺度并存的复杂流动问题，发展了能够统一求解同时包含不可压缩流动和可压缩流动的非定常预处理方法和一种考虑了流场物理信息传播方向的预处理远场边界条件。结合适用于倾转旋翼飞行器的复杂外形及大位移问题的非结构混合网格技术和重叠插值技术，建立了倾转旋翼飞行器的数值模拟方法。在此基础上，首先通过悬停算例验证了数值方法的有效性，确定了选择预处理截断参数的原则。然后探究了倾转旋翼飞行器直升机模式悬停状态的尾迹涡结构演化过程，研究了“喷泉效应”和“地面效应”对倾转旋翼气动性能的影响。计算结果表明，旋翼尾迹涡的耗散在不同方位角存在较大差异。“地面效应”抑制了旋翼尾迹的发展，提高了旋翼整个方位角区域的升力系数，而不仅限于机翼上方方位角区域。 “地面效应”作用强于“喷泉效应”作用，使旋翼相对于孤立旋翼拉力系数略微增大了5.26%，但同时整个倾转旋翼飞行器的总的向上的力只有孤立旋翼拉力的82.46%。结论表明预处理方法和预处理远场边界条件能够较好地模拟倾转旋翼飞行器悬停状态的干扰流场，兼顾了数值计算的耗散性和稳定性。气动干扰对倾转旋翼飞行器整体气动性能有重大影响。      

高速风洞纵、横向支架干扰数值修正研究

本文提出了一种计算高速风洞模型支架形式对飞行器模型纵、横向气动力干扰量的数值计算方法。文中从跨音速全位势积分方程出发，编制了适用于计算支架系统对飞行器模型亚、跨、超音速纵、横向气动力干扰量的计算程序。通过对各种飞机模型纵、横向实验结果的修正计算表明，该计算程序使用方便，计算速度快，在中、小攻角和小侧滑角范围内计算结果与实验值有较好的一致性。可以做为选择模型支架形式和几何外形参数的理论工具，同时也为高速风洞纵、横向实验数据的支架干扰修正提供了可行的技术方法。该计算程序还具有飞行器模型几何外形和表面等压线以及压力分布云图显示功能。     

可变弯尾飞行器飞行特性研究

本文研究了可变弯尾飞行器的机动飞行问题。可变弯尾飞行器具有气动控制独特、机动范围可调等特点，是高超声速飞行器实现机动飞行的有效途径。本文通过气动力工程计算与飞行器六自由度弹道的耦合计算，研究了此类飞行器在再入过程中的机动控制和飞行稳定性。     

超声速机翼－尾翼组合体的非定常气动力边界元法

本文以Ｇｒｅｅｎ函数为基础的边界元，应用时间历程法，计算机翼－尾翼组合体的非定常气动性能。这为飞行器的设计及其非定常气动特性分析提供了一种有效和完善的计算方法。本文介绍的方法，特别适用于研究、分析各类飞行器非定常动态响应过程的数值计算，例如飞机对突风动态响应等。本文提供的三维机翼的超声速启动过程非定常气动力数值结果，与Ｌｏｍａｘ理论解作了比较，可以看到吻合得很好，说明本文所使用的方法是可行的。对于机翼－尾翼组合体的数值结果，则进一步提供了尾翼受到机翼的洗流影响过程。     

MATLAB在飞行器火箭弹射仿真方面的应用

在设计飞行器火箭弹射系统时，需要设计各种发射参数并分析这些参数对飞行器姿态的影响，对此，一般的工程方法难以定量计算，而仿真分析却能很好地解决。用传统的计算机语言编制仿真程序，既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧，而且编制程序也很繁杂，降低了效率。MATLAB为我们提供了建模和数值仿真极其方便的工具。本文介绍了用MATLAB进行火箭助推弹射起飞建模和仿真分析的方法。     

直升机总体参数对稳定性的影响研究

采用筛选试验设计方法研究直升机总体参数对稳定性的影响.根据直升机线性飞行动力学方程,建立了适合直升机总体设计的稳定性分析模型,以UH-60A为样机,研究影响直升机稳定性的总体和布局参数,同时对参数进行了敏感性分析,为在直升机总体设计中考虑稳定性设计要求,选择合适的总体和布局参数提供参考.     

航空发动机PI控制参数频域最优整定方法

针对航空发动机高、低压转速和压比的控制回路,研究满足幅值裕度和相角裕度要求的比例-积分(PI)控制参数稳定域确定方法.根据系统在频域的稳定域解析模型,建立考虑PI控制器的系统参数频域稳定域图形.根据典型的动态性能指标和鲁棒性指标定义的优化目标函数,在所得到的控制参数稳定域中寻找到一组最优的PI控制参数.该方法应用于航空发动机高、低压转速和压比回路控制器参数设计中,设计了不同状态下的PI控制器,仿真结果表明,这种整定方法能够使闭环系统满足性能指标和鲁棒性.      

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。     

非线性飞行稳定性研究的新综合方法

本文提出“分歧和突变理论-时间历程-龙格库塔灵敏度分析”的综合方法,用其研究作为非线性系统的飞机稳定性。该方法利用分歧理论来确定飞机的全局稳定性,并由平衡面找出应予检验的平衡点,对这些平衡点,计算状态参数的时间历程,由此确定飞机运动的性质。最后,利用龙格-库塔灵敏度分析方法来研究动稳定性随时间的变化,由此可以解析地求得任意瞬间影响飞行稳定性的空气动力项,结构项及组合项。 利用上述方法所得到的有关稳定性的信息是全面的,它对飞机的操稳设计有重要参考价值。     

飞机蒙皮镜像铣加工稳定性分析

镜像铣技术是近年来提出的一种针对大尺寸薄壁件的加工方法,其加工环保、高效,具有逐步取代传统化铣加工的趋势。针对飞机蒙皮镜像铣加工过程中的颤振问题,首先,根据镜像铣加工特点,建立工艺系统颤振稳定性极限的预测模型;其次,通过有限元方法对蒙皮工件进行模态分析,分析蒙皮不同加工位置动力学特性变化导致的铣削稳定性变化,并通过实验测量获取工件动力学参数,对不同加工位置的稳定性做出预测;最后,开展加工实验,基于非接触测量方法,在线监测镜像铣加工区域的振动位移,通过时、频域信号对加工状态进行辨识,揭示了镜像铣加工过程的稳定性变化及失稳机制,验证了所提方法的准确性,在工程领域具有较高的实用价值。     

A novel stability prediction approach for thin-walled component milling considering material removing process

The milling stability of thin-walled components is an important issue in the aviation manufacturing industry,which greatly limits the removal rate of a workpiece.However,for a thin-walled workpiece,the dynamic characteristics vary at different positions.In addition,the removed part also has influence on determining the modal parameters of the workpiece.Thus,the milling stability is also time-variant.In this work,in order to investigate the time variation of a workpiece's dynamic characteristics,a new computational model is firstly derived by dividing the workpiece into a removed part and a remaining part with the Ritz method.Then,an updated frequency response function is obtained by Lagrange's equation and the corresponding modal parameters are extracted.Finally,multi-mode stability lobes are plotted by the different quadrature method and its accuracy is verified by experiments.The proposed method improves the computational efficiency to predict the time-varying characteristics of a thin-walled workpiece.     

计及全风况小干扰稳定的双馈风机变换器控制参数设计

随着双馈风电并网容量增大,系统的稳定性与风机变换器控制参数的相关性也越来越大,风机变换器控制参数整定时必须计及电网小干扰稳定性。针对双馈风机单机无穷大系统,建立风机工作在全风况下的小信号模型,采用李雅普诺夫线性化方法并考虑风速分区,分别推导出风机在最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区电网小干扰稳定分析的状态方程。分析风机变换器控制参数与特征根之间的相关性,引入表征系统稳定性强弱的小干扰稳定裕度指标,提出使系统全风况小干扰稳定的风机变换器控制参数设计方案。实例仿真表明:所提方案可快速获取有效参数,并保证全风况下电网小干扰稳定性。     

直升机总体参数优化设计

根据直升机的飞行性能、稳定性、发动机和重量的要求,建立优化的分析模型,应用计算机和最优化技术求解,得到满足直升机设计准则的最佳总体设计方案。本方法也可用于对已有型号的总体参数分析和参数敏感性分析。通过算例和新机设计中的应用表明,本方法对直升机总体参数选择是行之有效的。     

基于能量的电磁轴承系统建模及控制方法研究

通过介绍电磁轴承的基本组成,针对电磁轴承系统中的大范围稳定问题,在考虑线圈电感的非线性的情况下,从能量的角度对系统进行了非线性建模。并在构建李雅普诺夫函数及理论分析的基础上提出了基于能量的控制器方法。与传统的PID控制进行仿真对比后,得到了一组可使电磁轴承大范围稳定的参数范围。结果表明,这种方法为非线性控制提供了设计基础,在获得满意的动态响应方面是可行的。     

航空发动机ZP/LTR方法稳定性分析及改进

分析了零点配置/回路传函恢复(ZP/LTR)方法稳定性, 给出并证明了其稳定性条件.但该条件较为苛刻, 限制了ZP/LTR方法的应用.为了对ZP/LTR方法改进, 在设计过程中引入了Kal man滤波器, 通过选取特殊的参数, 使Kal man滤波器回路逼近并取代原目标回路, 从而在保留ZP/LTR方法性能的同时, 通过保证Kal man滤波器回路的稳定性保证了最后闭环系统的稳定性.给出并证明了改进后的ZP/LTR方法的稳定性条件, 指出改进后的ZP/LTR方法的稳定性条件较为宽松, 拓宽了原ZP/LTR方法的应用范围.