一种飞机侧向增稳系统设计方案及仿真验证

具有三角翼、大后掠角等气动布局特点的现代超音速飞机虽然解决了飞行速度问题,但同时极易出现高空飞行的荷兰滚阻尼、航/横侧向静稳定性减小、滚摆比变大等问题。为改善飞机航/横侧运动的飞行品质,基于飞机滚转和偏航两通道的相互交联,将滚转通道舵偏信号引入偏航通道,以增强偏航角速度反馈信号,增加飞机转弯的协调性,进而设计了一种高速飞机航/横侧向增稳控制系统。通过进行大量仿真,验证了所设计的飞机航/横侧向增稳控制系统结构简单合理,在其控制规律传动比等参数选择合理时,飞机航/横侧向飞行品质良好。     

模态集结法及其在飞行力学中的应用

 本文给出一种处理线性系统降阶的集结方法,并根据该方法将飞机纵向运动方程和横侧向运动方程进行降阶分解,得到了飞机的沉浮、短周期、滚转-螺旋和荷兰滚运动模态的各近似式,结果表明本文中的各近似式精度较好,特别是提高了沉浮及荷兰滚阻尼的估计精度。     

飞机荷兰滚阻尼器设计与仿真分析

为增强飞机高空、高速飞行时的侧向稳定性,基于自动控制反馈原理,将飞机侧向角速率作为反馈信号,与飞机自身形成飞机荷兰滚阻尼器系统,以提高飞机侧向运动的阻尼。在对飞机侧向阻尼器工作原理简要介绍后,建立其原理结构图,分析和设计其系统控制规律,进行大量对比仿真。仿真结果显示,飞机侧向阻尼器结构简单,在其控制规律传动比等参数选择合理时,飞机侧向阻尼器系统品质良好。     

仅调节发动机推动的应急飞行控制研究

研究并开发仅调节发动机推力大小来控制飞机航迹的增强控制模态，有效地抑制了飞机纵向的沉浮运动，侧向的荷兰滚运动，从而当飞机舵操纵系统失灵后，只调节发动机油门，使飞机安全着陆。     

荷兰滚运动模态阻尼分析

本文根据飞机横航向运动的特点,对滚转模态特征根的精确近似值进行了计算,导出了荷兰滚模态阻尼的表达式,克服了现有近似式在低速范围内失效的缺点。通过对该表达式的分析,对横、航向静稳定性参数m_x~β及m_y~β在荷兰滚模态阻尼中的作用进行了讨论。说明了在|m_x~β|加大或|m_y~β|减小时,荷兰滚模态的阻尼不仅会减小(习惯说法),而且也会加大。提出了决定这种不同变化规律的判据,解释了现有资料中关于此问题的二种相反说法的适用范围。     

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。     

基于MFCS直升机协调转弯模态设计

为了消除直升机的侧滑,在已设计完成的具有优良操纵特性的直升机显模型跟踪控制系统(MFCS)基础上,开发了协调转弯模态;按照直升机协调转弯基本要求,开发了基于 MFCS协调转弯模态控制律,给出了结构配置及系统参数设计方法。经仿真表明,所开发的直升机协调转弯模态具有优良的特性。     

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。     

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。     

基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计

以某型无人机的数学模型为基础,提出j了基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计方法,分为纵向和横侧向分别进行控制律设计.纵向通道中,把高度保持控制律的设计转化为跟踪问题,再把跟踪问题转化为标准H∞控制处理,控制高度输出稳定不变;横侧向通道中,以H∞控制滚转角,实现内回路的设计,以PID控制偏航角速率和侧滑角,实现...     

某机横侧向增稳系统控制律的设计

结合某机横侧向增稳系统控制律的设计作为实例，分析了飞机横侧向增稳系统反馈参数的选择及其对飞行品质的影响。给出了经试飞验证后的控制律参数的选择结果，并对有无增稳系统时飞机的横侧向飞行品质进行了对比，得出了横侧向增稳系统可以明显地改善飞机的荷兰滚模态品质，使之达到１级品质要求的结论。     

一种无人机荷兰滚模态辨识方法研究

针对某无人机无法测量侧滑角的问题,提出一种基于偏航角速率的荷兰滚模态低阶等效拟配方法。采用倍冲信号对荷兰滚模态进行激励,基于推导所得等效模型,采用最小二乘法进行频域优化,得到了某无人机在姿态遥控模式下的荷兰滚模态特性。结合飞行操作员评价表明:所采用的辨识方法适用于没有侧滑角传感器,且处于姿态遥控模式下的无人机荷兰滚模态特性辨识。     

飞机γ角姿态控制系统方案设计及仿真

在简要分析飞机侧向控制系统运动模态基础上,对飞机γ角姿态控制系统结构方案进行设计并进行仿真验证。仿真结果显示,所设计的飞机γ角姿态控制系统结构方案及其控制规律具有良好抗干扰能力,是合理有效的,从而提出对飞行状态变化剧烈的飞机,应采用控制规律调参措施。     

乘波体荷兰滚模态特性研究

乘波体非轴对称、扁平、大长细比的几何外形特点决定了其存在严重的横航向耦合动稳定性问题。目前对乘波体横航向稳定性的研究还相对较少,且一般只针对单一外形,对飞行器设计未能获得有指导意义的定性、定量结论。以幂次乘波体为研究对象,首先引入设计参数kw和φ描述其外形特点,然后结合CFD数值模拟和Kriging代理模型,获得了整个设计参数空间内乘波体的静/动导数,进而通过求解飞行动力学耦合方程特征根获得乘波体的横航向耦合动稳定荷兰滚模态特性。定义了荷兰滚动稳定性导数的概念,推导了荷兰滚阻尼近似表达式,解释了不同攻角下荷兰滚模态发散/收敛的成因,获得了荷兰滚阻尼随设计参数和攻角的分布规律。推导了荷兰滚频率近似表达式,获得了荷兰滚频率随设计参数和攻角的分布规律。     

直升机协调转弯机理分析及控制律设计

通过分析直升机协调转弯的工作原理并经仿真计算，确定了协调转弯控制律的结构和参数，完成了协调转弯控制律的设计。针对某型直升机协调转弯存在的具体问题，设计了退出协调转弯切换到航向稳定模态过渡过程中的瞬态处理方法，以克服退出转弯时的航向抖动问题。经试飞验证，该方案有效可行。     

荷兰滚模态螺旋模态对大型飞机滚转性能的影响

本文从飞机的横-航向线性小扰动三自由度运动方程出发,导出了副翼操纵阶跃输入时,飞机三自由度滚转角速度、倾斜角的近似解析公式。同时,作为一种特例,直接从三自由度近似解析公式简化或单自由度的滚转角速度、倾斜角的计算公式。二者相比较,可得出荷兰滚模态、螺旋模态对飞机滚转性能影响的近似解析表达式。且用几架普通气动布局的大型喷气客机数据作为算例,进行了计算。计算是在H-89微型计算机上完成的。计算结果表明,荷兰滚模态Pss,Ф_t的影响较大,且主要取决于(ω_φ/ω_(nd))~2离开1的程度,螺旋模态对Pss,Ф_t(只限滚转60。)影响较小。可是,荷兰滚模态、螺旋模态的影响均是使Pss,Ф_t指标变坏的。此外,这二个模态对滚转模态时间常数T_R的影响必须计入。     

基于能量的飞机横侧向控制方法研究

结合偏差控制与总能量解耦思想,将总能量控制原理应用于飞机的横侧向控制,实现了滚转与偏航模态解耦及偏航角、侧滑角的无稳差控制。对某型运输机典型飞行状态进行了横侧向解耦控制律设计和仿真,仿真结果表明,基于飞机纵向总能量控制同样能用于飞机的横侧向飞行控制,较好地实现了偏航角和侧滑角的信号跟踪及滚转与偏航模态的解耦。     

基于控制力矩陀螺的BTT飞行器协调转弯控制

针对倾斜转弯(BTT)飞行器进行横向机动时会产生侧滑角的问题,提出一种考虑通道耦合因素的协调转弯控制方法。采用了一种基于单框控制力矩陀螺(SGCMG)的侧滑角抑制执行机构来替代方向舵、矢量推力发动机等传统执行机构。建立了加装控制力矩陀螺的BTT飞行器横向机动时的多变量强耦合非线性倾斜转弯动力学模型。根据BTT飞行器横向机动时的协调转弯要求,设计了一种基于非线性反馈和线性二次型最优算法的解耦综合控制器。计算结果表明:协调转弯控制系统可实现滚转角指令的良好跟踪和侧滑角的有效抑制。     

飞机侧向参数自适应控制增稳系统的设计与研究

本文主要为某超音速喷气机设计了侧向控制增稳系统的参数自适应方案,并作了数字仿真研究。目的就是应用自适应控制原理,保证飞机即使在侧向参数发生较大变化且受到外界扰动的条件下仍具有良好的飞行品质。 文中对方案的确定、增益初值的选取、控制规律的选择、自适应算法的选定以及确定方程中待辨参数的个数等问题作了分析。对飞机作定高、定速和定高、变速（减速）飞行时进行协调转弯的情况作了研究。当飞机受到随机侧风或常值侧风扰动时,也作了同上研究,并进行了对比。此外,对飞机侧向参数自适应控制增稳系统的微机实现问题作了研究,并对微机系统的设计方案进行了论证。采用Z8000型微机对滚动通道的自适应控制算法进行了试算,结果验证了其计算精度可以满足自适应侧向控制增稳系统的要求。     

前轮转弯操纵速率对飞机地面滑行特性影响研究

飞机若想尽快实现地面机动转弯,则前轮转弯操纵系统操纵速率应尽量大,而为了保证飞机地面机动不会引起前(主)机轮侧向滑动,又要求前轮转弯操纵速率应限制在一定范围内。以某型机为例,分析大动力操纵角下,地面摩擦系数、飞机滑行速度及转弯操纵速率对前、主机轮侧滑影响。结果表明:飞机以0.3～0.4 rad/s的平均操纵速率进行大角度转弯,基本能满足地面稳定性要求,但为了降低飞机在低摩擦道面上的侧滑风险,需降低前轮偏转到大角度时的操纵速率。