直升机非线性运动方程及其数值分析

基于牛顿法建立了单旋翼带尾桨直升机的非线性运动方程，提出了一种求解直升机非线性运动方程的数值方法。建立方程时，用欧拉角描述直升机在空中的姿态，旋翼采用有挥舞铰且在铰上带有弹性约束的模型，桨盘处的入流采用线性模型，通过对一算例直升机的操纵响应进行数值仿真，将非线性与小扰动线性化的直升机运动方程进行了对比分析。结果表明：从操纵输入到随后的2s左右，非线性和小扰动线性化的直升机运动方程的计算结果非常接近，但在此之后，非线性运动方程的计算结果更能反映直升机的运动规律。     

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。     

由Bo—105飞行试验数据识别非线性导数模型

本文描述了对时域识别非线性直升机模型的研究结果。近年来，人们应用频域识别技术估算直升机模型中的参数。最近，DLR的时域识别方法得到改进，允许识别完全非线性模型。为了研究将这种方法应用于直升机，建立了带有单个桨叶挥舞角显方程的非线性导数模型。与线性导数模型相比，非线性模型物理上更真实，而且不受小扰动假设的限制。虽然有许多未知因素必须确定，但一种非线性模型已被成功地识别出来。     

六自由度飞行实时仿真和功率谱法比较

大气紊流是飞机巡航状态中影响飞机运动的主要大气扰动现象,以奖状飞机和波音747为例,研究飞机受大气紊流影响所产生的飞行姿态变化。使用了两种方法进行飞行仿真,一种是基于六自由度飞行力学方程的实时仿真法,另一种是基于线性化小扰动方程组的响应频谱法。通过与试飞数据进行比较,分析两种方法的优缺点。研究表明,六自由度飞行实时仿真可以更好地模拟大型飞机大气扰动下的飞行状态,较准确地表征各项参数变化特性。     

分布式非线性气动力模型弹性飞机动力学研究

建立了线性与非线性两种分布式气动力模型,在弹性飞机模型上添加所建立的气动力模型,验证了整个系统的有效性。对所建立的模型进行着陆及突风扰动动力学仿真,对比线性及非线性气动力模型的飞机动力学响应的差异,结果表明非线性气动力模型能够更合理地计算飞机大迎角状态下的气动载荷及动力学响应。     

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.     

非线性反馈线性化方法在飞控系统中的应用

应用非线性反馈精确线性化方法进行了飞机自动着陆系统设计。首先,用非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统,在经过输入输出反馈线性化以后,可等效为线性系数;然后,用线性的ＰＩＤ控制方法对变换后的线性系统进行了设计;最后,考虑风的干扰,对所设计的飞机自动着陆控制系统进行了数字仿真。仿真结果表明,用反馈线性化方法设计的飞控系统具有良好的性能。     

纵向短周期飞行品质评估时域分析方法

基于飞机在纵向短周期飞行模态下,其阻尼比、自然频率等固有属性不随输入参数大小而改变的特性,提出了一种时间响应参数识别方法。从小扰动方程出发,给出飞机纵向短周期模态下参数随时间变化方程,运用遗传算法和最小二乘法直接对飞机参数时间响应进行拟配,简化了时域等效方法。通过与等效拟配结果对比,验证了结果的可靠性。该方法可忽略飞行员操纵中较小的静误差,有一定的工程应用价值。     

三升力面飞机扰动运动线性化模型

以一种新型运输机Ecolifter为参考模型，由飞机的一般运动方程，在扰动飞行条件下．对空气动力和空气动力矩、推力和推力矩进行线性化，结合稳态飞行运动方程，推导出稳态直线飞行条件下，Ecolifter的纵向和侧向线性化扰动运动方程。该方程是三升力面气动布局飞机飞行性能和动稳定性研究及一体化设计的基础。     

航空薄壁板结构高温声疲劳分析

采用解析方法,分析了薄壁板结构在热载荷与噪声联合作用下的响应特性;依据薄板的大挠度非线性理论,采用以基频响应为主的单自由度模型,推导出了具有温度影响的非线性运动方程,并利用等价线性化方法将该方程线性化,在此基础上得出了应力响应的统计特性。     

过失速区的一种极限环振荡

本文采用谐波线化方法将飞机过失速区非线性继电器型的升力突变特性线性化,求得近似的简便的解析公式,确定出极限环振荡特性,并分析了产生此极限环振荡的物理原因。计算结果表明,本文采用的近似解析公式求得的结果与简化的非线性纵向扰动运动方程模拟计算结果相一致,同时也与参考文献[1]用图解法和参考文献[2]用数值积分法给出的结果相吻合。     

弹性飞机地面滑行随机最优控制

将主动控制缓冲器应用于飞机地面滑行减振。建立了飞机在随机跑道激励下,考虑机身俯仰运动与弹性振动的非线性随机动力学模型。采用统计线性化方法,使模型在平衡点附近线性化。加入前置线性滤波器将随机路面高斯激励转换成高斯白噪声激励。基于随机最优控制理论,设计了线性二次型高斯(LQG)控制器。由Monte-Carlo法模拟了路面随机过程,得到了飞机的动响应。通过主动控制缓冲器与被动控制缓冲器的仿真比较可以看出,主动控制缓冲器能够有效提高飞机地面滑行的舒适性与减振性。     

飞机起落架滑行载荷识别

 在飞机滑行方向跑道路面不平度为平稳随机函数的假设下,采用滑行过程分段等速化、起落架动态特性分段线性化方法,把原非线性非平稳随机振动问题,简化为分段线性平稳随机振动问题。在频域中采用频响函数描述飞机动态特性,计及全机刚体平动和俯仰模态及结构前ｎ阶弹性模态,给出了从飞机重心处加速度观测值识别起落架接地点载荷自谱密度函数的方法。起落架当量线性参数采用迭代求解。算例表明,本方法和程序可行。     

基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计

为了使飞机飞行时状态变量稳定,以F/A-18模型参数为例,对飞行控制系统纵向飞行模型簇给出了T-S模糊控制与LQG控制相结合的变增益模糊控制方法,研究其状态控制与稳定性问题。首先采用输入输出反馈线性化方法,将非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统进行线性化解耦得到线性化方程组,然后用模糊控制方法对变换后的线性系统进行设计,并对所设计的飞行控制系统进行仿真。仿真结果表明,该方法解决了多变量非线性模型簇控制问题,基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计可以实现状态、输入扰动下系统自动调稳功能。     

考虑间隙非线性的控制舵非线性气动弹性分析

间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点,研究 考虑间隙非线性的控制舵系统的气动弹性特性具有重要意义。基于最小状态拟合方法获得时域降阶气动力模 型,并通过Lagrange方程获得系统非线性气动弹性方程;对比分析三种不同非线性控制舵系统的极限环颤振 及非线性动力学响应特性,并与等效线化法和时域仿真的结果进行一致性对比。结果表明:俯仰和扑动弹簧刚 度的变化对系统颤振边界有显著影响,当俯仰和扑动两个方向同时含有间隙非线性时,系统在线性颤振速度内 存在倍周期、混沌等复杂非线性动力学现象。     

颤振边界高效精确预测分析

高效精确地确定多种飞机构型的颤振边界在飞机设计过程中具有重要意义。为了提高计算效率和计算结果的准确性,针对亚声速和跨声速两种马赫数区域,提出分别采用线性和非线性方法进行非定常气动力分析。非线性分析在引入精确的定常气动力的基础上,采用高效率跨声速小扰动方程进行求解;颤振求解统一采用g 法。对大型飞机的梁架—减缩刚度组合模型的空机及三种典型燃油构型进行涵盖飞行包线的全马赫数变高度颤振分析,结果表明：四种构型的颤振边界与颤振试飞边界一致,与其他分析方法相比,效率有明显提高,尤其是对多种飞机构型能够高效地获得准确的颤振边界,即说明本文采用的方法是目前适用于工程上的一种高效精确的预测大型飞机颤振边界的方法。     

基于Backstepping控制理论的非线性飞控系统和超机动研究

介绍了一种基于backstepping理论的非线性飞机控制方法。基于backstepping理论的飞控系统不需要反馈线性化理论在飞机控制系统应用中通常所需要的时标分离假设,能够更加真实的反映飞机动态本质。本文将此方法应用在推力矢量飞机非线性控制中,并进行了大迎角过失速超机动研究,结果表明基于backstepping理论的非线性飞控系统是正确和有效的。     

飞翼布局折叠机翼变体飞机操稳特性研究

为了研究飞翼布局折叠机翼变体飞机的操稳特性,自行设计飞翼布局折叠机翼变体飞机,建立研究模型并进行简化处理。采用涡格法和工程估算法对机翼折叠过程中飞机的纵向和横航向静稳定性进行分析;采用小扰动假设,将飞机扰动运动沿纵向和横航向解耦,分别得到纵向扰动运动和横航向扰动运动对应的模态,分析机翼折叠过程对飞机动稳定性的影响;结合工程估算法和CFD仿真分析机翼折叠过程对飞机操纵性的影响。飞行试验结果表明:在飞行中机翼折叠后,飞机有进入俯冲的趋势,随着配平舵偏角的增加,俯仰运动逐渐不够灵敏;在操纵杆量相同的情况下,机翼折叠状态的俯仰运动响应较快。     

一种非线性末制导系统模型的精确线性化

针对未来高机动目标的拦截 ,运用非线性系统几何理论中的精确线性化方法 ,设计了一种空空导弹非线性末制导系统加速度指令。假设目标做逃逸机动 ,弹体 -自动驾驶仪响应用一个二阶环节描述 ,建立了导弹目标三维相对运动方程。根据终端约束直接选取系统输出阵 ,经动态反馈线性化 ,将非线性系统模型转化为线性方程 ,求得了目标任意机动时的非线性末制导系统的加速度指令。以纵向平面为例进行了仿真计算 ,结果表明该方法是行之有效的 ,得到的解可以用来改进导弹大离轴发射角时的进攻能力。     

状态变量模型建立方法

为了克服小扰动方法精度不高、稳态终值响应法动态过程不一致以及传统拟合法的随着维数增加精度下降和拟合时间长等缺点,综合了3种算法（小扰动法、稳态终值响应法和传统拟合法）的优点,设计了基于变尺度法的混合求解方法建立了航空发动机状态变量线性模型。仿真结果表明：建立的航空发动机状态变量线性模型与非线性部件级模型在动态过程响应中吻合良好,而且具有较高的稳态精度,能够保证航空发动机最终稳定值的一致性。