直升机阵风响应缓和控制律设计

本文提出直升机抑制阵风扰动的最优控制律设计方法。优化性能指标要求在阵风扰动下驾驶员处法向过载、飞机姿态变化、以及控制信号能量损耗最小。最终所综合的系统工程实现简便,只需在直升机姿态控制系统基础上增加垂直升降速率反馈通道即可。为跟踪90年代采用高级语言开发飞控应用软件的总趋势,本文使用C语言对优化控制律进行编程。数模混合仿真表明,控制律优化及数字化实现的效果是令人满意的。     

关于改进“连续突风设计准则”动力学分析方法的建议

本文建议用最坏确定性输入分析(WDI)来取代现用的功率谱密度分析(PSD),作为连续突风设计准则的动力学基础。WDI 分析通过研究一个等概率族中的最坏确定性输入来研究系统的随机响应。对于定常线性系统,WDI 法给出与PSD 法严格一致的结果。但新法给出的是最坏情况并带有时间信息,同时还能处理非定常与非线性问题。采用 WDI 分析以取代 PSD 分析无需改变现用的判据和参数甚至计算程序,就能大大扩大设计准则的应用范围。因此,本建议不仅对于航空的发展有重要意义而且易于实施。     

飞机迎角在垂直阵风干扰中的卡尔曼滤波估计

在阵风条件下,为了抑制飞机的附加载荷并改善乘坐品质,需要得到飞机的迎角状态。以某大型运输机为例,通过卡尔曼滤波方法,将飞机法向过载和俯仰角速度综合进飞机的操纵输入来估计垂直阵风条件下的飞机迎角,并进行了仿真。结果表明,在垂直阵风干扰条件下,采用卡尔曼滤波方法能获得迎角状态的良好估计。     

傍山地区的强风场特性实测研究

介绍了某傍山地区的强风现场测量研究。采用较高频响的风速风向计与实时数据检测处理系统测得了该地区的风特性,并对一次冬季强风记录进行了分析研究,给出了反映强风脉动特性的两个重要参数-湍流度和阵风系数的关系,指出脉动风速的概率分布直接影响了二者比值大小。此外,通过实测结果与邻近气象站的同期记录比较,发现二者的相关性很差,在整个强风过程中,该地区的最大瞬时风速和平均风速都远远高于气象站的记录,表明傍山地区局部风场有很大的特殊性。     

直升机阵风响应缓和控制律设计

阵风响应缓和研究对于具有强耦合和振动的直升机非常重要，阵风扰动不仅影响直升机的乘座品质和武器投放精度，而且影响直升机的疲劳载荷和强度。本提出直升机抑制阵风扰动的最优控制律设计方法。优化性能指标要求在阵风扰动下驾驶员处法向过载、飞机姿态变化以及控制信号能量损耗最小。最终所综合的系统工程实现简便，只需在直升机姿态控制系统基础上增加垂直升降速率反馈通道即可。最后使用C语言实现控制律并进行半物理仿真。仿真结果表明，控制律优化及数字化实现的效果是令人满意的。     

无人机六自由度简化模型和风扰动处理

在不具备数模混合仿真实验的条件下,本文提出了在模拟计算机上,无人驾驶飞机六自由度非线性全量方程的飞行控制系统动态物理模拟仿真和对阵风扰动处理的方法。飞行控制系统动态物理模拟仿真是在几种特定的状态下进行的,考虑到模拟机上实现的可能,在每个状态计算飞机气动力和气动力矩系数时,冻结高度、速度、质量,使这些系数简化为常数或单变量函数,预先在数字计算机上算好,或者计算好一部分使模拟机上实施简单,少用非线性部件,减少了误差。但在计算阻力时,不冻结速度,考虑速度负反馈。从而实现了对大机动无人机KJ-9C和超低空无人机KJ-9E飞行控制系统的动态物理模拟仿真。     

螺旋桨飞机起飞构型突风影响研究

对于小迎角纵向静不稳定飞机,突风给飞机带来显著的安全隐患,为此,结合飞行品质规范中的突风模型,给出不同概率和不同高度下的突风速度。针对某螺旋桨飞机,计算分析垂直向上和向下突风所引起的飞机迎角变化,获得了起飞状态下可行的飞行速度和高度范围。研究结果表明,垂直向下突风显著地削弱了该类飞机的纵向静稳定性;垂直向上突风显著地减小了其安全迎角裕度。     

阵风载荷减缓系统故障分析

阵风引起的额外载荷会引起飞机结构疲劳,降低结构使用寿命。采用非定常气动力有理函数拟合方法建立时域状态空间下的动力学系统,设计了阵风载荷减缓系统。研究了阵风载荷减缓系统3种典型故障模式(副翼偏转饱和、舵机卡死、副翼偏转延时)的力学建模方法,并对机翼在阵风减缓系统故障模式下的阵风响应进行分析。仿真结果表明,3种故障模式均不利于阵风载荷减缓系统对阵风载荷的减缓,对于一些特定情况,故障模式下的阵风载荷减缓系统不仅不能减缓阵风载荷,还会带来由副翼偏转不当引起的额外负载。     

柔性机翼阵风响应与被动减缓研究

高空长航时无人机的机翼展弦比大、柔性较强,飞行过程中极易受到阵风的影响。文章以几何精确本征理论建立结构模型,耦合 Pitt-Peters动力入流理论建立柔性机翼非线性气弹模型,研究了柔性机翼阵风响应以及翼尖被动阵风减缓效应。采用空间 -时间平行的有限元离散方法,将气弹方程转化为一阶微分代数方程,Newton-Raphson和 Generalized-α算法分别用于静态变形和动态响应的求解,通过算例研究了离散阵风载荷下柔性机翼的阵风响应,结果表明翼尖被动阵风减缓装置对机翼变形有明显的减缓效果。     

气动伺服弹性研究的进展与挑战

飞机、导弹等飞行器的气动伺服弹性(ASE)问题源于空气动力、结构弹性以及控制系统之间的复杂耦合。随着飞行器朝着结构更轻、速度更快、性能更好的目标发展,该问题日益突出,直接影响飞行安全与性能。经过六十余年的研究,国内外在ASE分析、综合与试验方面取得了卓有成效的进展。近十余年来,若干新问题因非常规构型飞行器设计的发展而暴露出来,对ASE研究施加巨大挑战,值得重点分析。鉴于此,讨论了ASE分析中的刚弹耦合、非线性、推力矢量以及系统辨识等问题,对ASE综合中的阵风减缓、颤振主动控制和ASE优化问题加以阐述,强调了ASE试验中需要重视的技术,简要介绍了近十余年国外代表性的ASE试验项目案例,指出了一些ASE研究的新动向,并对国内的ASE研究给出了建议。