飞行器横滚运动的优化方法

引言 轴对称飞行器为了产生一个适合导引规律的空间法向力,在其三通道的飞行控制系统中有一个通道的功用是使横滚运动保持稳定。无坐标变换装置的轴对称飞行器还要求倾斜角是无静差的。本文就此讨论了一个实用的自控非线性横滚运动的优化设计问题。     

采用差尾控制策略的某型机横滚操纵性

某型战机所采用的气动布局使得其横侧安定性较大,与同代其他现役飞机相比横滚操纵性能较差,飞行员在做横滚机动动作时飞机掉高度现象明显。分析了其在低速和高速飞行时横滚机动性能差的原因,研究了增加差动平尾控制提高横滚操纵性的问题。建立了采用差动平尾后飞机稳定横滚的数学模型,并通过定量分析计算说明了增加差动平尾控制,可以使该型战机的横滚机动性能提高近30%,而不会削弱其安定性。     

考虑空间机动飞行的直升机尾传动轴建模与临界转速分析

建立了具有普遍性的考虑直升机空间机动飞行的尾传动轴动力学模型.分析了机动飞行对尾传动轴临界转速的影响,发现只有俯仰角速度、偏航角速度、横滚角速度和角加速度4个转动运动分量会影响尾传动轴的临界转速.通过算例着重分析了俯仰、偏航和横滚角速度对尾传动轴前3阶临界转速的影响规律.结果表明:俯仰角速度使尾传动轴的临界转速降低,但只对反进动第1阶临界转速有较大影响;偏航角速度对尾传动轴临界转速的影响效果与俯仰角速度完全相同;正向横滚角速度使尾传动轴的正进动临界转速提高,而使反进动临界转速降低;但对于反向横滚,在以横滚角速度等于某值的分界线之前,横滚角速度对尾传动轴临界转速的影响规律与正向横滚相反,前3阶临界转速变化曲线的分界线对应的横滚角速度分别为1.86,27.41,124.5rad/s.      

弹射试验机机动飞行弹射的动态响应

机动飞行状态下弹射试验时，弹射力对飞机的扰动是关系到弹射试验机安全的重要问题。结合某型弹射座椅空弹鉴定试验，分析了在俯冲、俯冲下沉、横滚和倒飞状态弹射时弹射试验机的响应。结果证明，在一定的高度速度范围进行机动飞行状态弹射试验是安全的。     

BAe146型飞机的偏航阻尼器系统

BAe146型飞机的偏航阻尼器系统是英国 Smiths 公司生产的由两套独立而又有机结合的双重系统组成。它们分别感受偏航率和侧向加速度信号,共同自动控制飞机的方向舵面,保持飞机的偏航稳定性。在飞机转弯状态,根据飞机的横滚坡度和横滚率自动转动方向舵,防止飞机侧滑。因此,该系统通常从起飞到着陆的整个飞行航段都要使用。     

机动飞行条件下双转子系统动力学建模与响应分析

考虑航空发动机双转子中介轴承的耦合作用及陀螺力矩的影响,利用Lagrange方程建立了机动飞行条件下双转子-滚动轴承支承耦合系统动力学模型,对耦合双转子系统的动力学特性进行了理论与实验研究.结果表明:随着内外转子转速比增大,高压转子振动幅值减小,分岔点处转速增大,最大增幅近67.49%.机动飞行使转子的振动响应幅值增大,出现较多分频.在跃升和横滚飞行姿态下,高压转子响应主要表现为:随着跃升速度增加,高压转子振动幅值明显增加,最大增幅近409.24%,分岔点对应的速度增大;在横滚速度增大时,转子振动特性主要表现为从复杂的运动形态变换到单周期运动形态,转子的振动幅值明显增加.利用基础运动双转子模型实验台对跃升和横滚两种飞行姿态下耦合双转子系统的部分动力学特性进行了实验研究,实验结果与数值模拟结果有较好的一致性,证明了计算结果的正确性.      

“枭龙”一飞冲天

我国自行研制的、具有自主知识产权的新型战斗机,取名为“枭龙”的FC-1(即超七)飞机,9月2日在成都举行了首次飞行仪式。飞机在空中表演了精彩的大迎角爬升、横滚、小半径转弯、大角度俯冲、低空过场等高难度动作,飞行8分钟后安全着陆。这次飞行打破了以前试飞不挂弹的惯例,在飞机两翼下挂上了两枚模拟导弹(“枭龙”的飞行照片见本刊第6页)。     

跨声速自由滚转试验技术研究

采用中等展弦比、薄翼型、边条、锯齿、折叠翼等设计的先进作战飞机在跨声速易出现机翼突然失速现象,从而引起非指令性横滚运动。为研究该问题,在 FL-3风洞中研制了一套跨声速自由滚转试验装置,设计某验证性模型,选取马赫数范围0.8~0.95的典型飞行状态进行了静态测力和自由滚转验证性试验。试验结果预测了某模型不同构型的机翼突然失速敏感范围,并评估了非指令性横滚运动的严重程度,从而验证了试验机构的可靠性,建立了评估方法,实现了跨声速自由滚转试验技术。     

飞机自动进近和自动着陆的分析研究

本文首先概述了当前民航客机的自动导航、进近、着陆的全过程。随着重点分析了波音737飞机利用SP-77自动飞行控制系统与仪表着陆系然的航向信标仪和下滑仪及机载无线电高度表等设备实现向跑道自动进近和自动着陆的工作过程,并系统介绍了在实现上述过程中,SP-77自动飞行控制系统的自动驾驶仪横滚通道和俯仰通道控制逻辑的建立,系统工作电路的转换,系统的控制规律和工作特点。     

机翼扭转和副翼偏转横滚操纵比较研究

机翼扭转和经典副翼后缘偏转都是未来可能的智能机翼横滚操纵方案。采用Fluent仿真软件对扭转式机翼与经典副翼构型机翼进行了对比研究,主要分析两者在升阻性能、横滚操纵力矩、压力分布等方面的差异和特征规律,得到了扭转变形机翼相对副翼舵面的横滚操纵当量作用和气动优势。所设计的机翼方案由于扭转式机翼横滚操纵的机翼变形连续性以及所需扭转角度较小,易于保持流场的附着和稳定,所以达到相同横滚力矩系数,扭转式机翼所需扭转角度为副翼偏转角度的30%～50%左右,并且升阻比显著优于副翼式机翼,而且随着操纵角度增大优势更加明显,在大舵角操纵时扭转式机翼升阻比超过副翼式机翼约一倍。     

利用压电驱动器改善飞机横滚性能的试验验证

利用分布粘帖在矩形机翼上下两面的压电驱动器,探索使用该类结构提高飞行器横滚能力的可能性。通过风洞模型设计、材料性能测试、模型固有特性测试、压电柔度矩阵测试等试验项目,保证了有限元模型的计算精度,最终通过模型的风洞试验验证了利用气动弹性效应,获得了附加升力与横滚力矩的方案。该原理性试验说明利用分布式压电驱动器改善横滚性能是可行的。     

一种改进的四旋翼飞行器建模方法

四旋翼飞行器的高精度动力学建模对于飞行控制性能的提升具有重要意义。传统的动力学模型是基于单个旋翼的力、力矩特性推导的,忽略了飞行器的整体动力学特征。考虑到四旋翼飞行器在机动情况下的整体动力学特点,对传统动力学模型进行了改进,在阻力模型中增加了角加速度相关项,在扭矩模型中增加了阻力相关项,在横滚与俯仰力矩模型中增加了切向力相关项,从而提高了模型的精度。通过四旋翼飞行器飞行试验对模型精度进行了验证,结果表明改进的动力学模型相较于传统模型具有更高的精度,对于飞行器的准确建模具有较好的参考意义。     

某型机飞机配平控制器故障浅析

正1背景描述配平主要用于飞机巡航状态,其作用在于消除不平衡力矩和稳态时的杆力,通过调整配平片的位置,能够使舵间压差达到平衡状态,从而减轻飞行员驾驶疲劳;副翼是安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动翼面,是飞机的主操作舵面,通过操纵副翼,使其产生滚转力矩,即可实现飞机做横滚机动。副翼配平即为副翼控制系统增加配平功能,以此获得在副翼操纵过程中减轻飞行员操作负担,改善飞行性能之目的。2故障描述     

微型飞行器高度估计的最小二乘法

对微型飞行器高度估计问题,提出了基于针孔成像的最小二乘法。利用惯性器件测量的姿态角,建立了目标在2帧图像的4个投影方程,得到目标相对高度的最小二乘解。对该方法进行了仿真验证,结果表明当飞行器横滚角变化不大时,高度估计对姿态角误差具有较好的鲁棒性,误差在2 m以内,优于传统方法。该方法计算量小,适合微型飞行器平稳飞行时应用。     

民用飞机襟翼交联机构吸能仿真技术研究

针对某型号后缘襟翼单一作动器脱开故障，翼面非正常变形导致的两侧机翼非对称滚转力矩及横滚配平问题。采用内外襟翼之间布置的交联机构，减小故障翼面过度倾斜和提供翼面能量吸收及辅助约束，进而确保系统故障后飞机仍然具有继续安全飞行和着陆能力。应用链式分析技术，实现了对襟翼单一作动器脱开故障冲击过程仿真以及交联机构制动行程和吸能需求预测，通过交联机构设备级研发试验完成了初步验证。     

直升机飞行中旋翼打尾梁的起因和预防

中心铰式旋翼不产生桨毂力矩,当这类直升机由于急推杆或减小桨距而进入失重状态时,会丧失横向操纵功效及角速度阻尼。如果操纵失当,直升机会陷入急剧横滚并导致旋翼浆叶冲撞挥舞下限动器,造成旋翼破坏以及砍打尾梁、空中解体的灾难。为避免这类事故应防止进入低g或失重状态,保持足够的操纵功效。万一进入失重并发生自发的横滚,必须首先向后拉杆以改出失重状态,待恢复操纵功效后才可施加横向操纵以纠正横滚。     

四旋翼飞行器姿态控制建模与仿真

四旋翼飞行器是典型的欠驱动、非线性、强耦合系统。其姿态控制精度和抗干扰问题一直是研究热点之一。为了实现小型低成本四旋翼飞行器姿态准确控制,详细分析了四旋翼飞行器受力情况,利用牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器非线性动力学模型,针对四旋翼飞行器在实际飞行过程中经常会遇到阵风、气流等不确定外界干扰,设计了基于小扰动的PID控制器,并通过对俯仰通道、横滚通道、偏航通道MATLAB/Simulink仿真模型进行仿真测试和结果分析。结果表明:所设计控制算法能够满足四旋翼飞行器姿态控制要求,并具有较好的抗干扰性能。     

用视象法确定飞机在夜间着陆时的位置和姿态

本文介绍了一种利用视象法确定飞机在夜间着陆时相对于跑道的位置、偏航秀及俯仰角的方法。计算中将由机场夜航灯布设方案所得到的信息、机载视频摄象机获取的视频图象以及由横滚角传感器测得的横滚角信息一起融汇到卡尔曼滤波算法中。模拟计算结果说明了所采用方案的可行性。     

空空导弹越肩发射侧向运动控制器设计

针对空空导弹越肩发射过程,设计了偏航及横滚运动的控制系统。首先分析了越肩发射过程中大攻角阶段的气动特性,提出了控制设计的目标,然后建立了包含未建模特性的偏航/横滚运动方程,在此基础上,利用滑模变结构理论设计了两通道的控制系统,仿真结果表明了该设计方法的有效性。     

空空导弹越肩发射侧向运动控制器设计

针对空空导弹越肩发射过程,设计了偏航及横滚运动的控制系统。首先分析了越肩发射过程中大攻角阶段的气动特性,提出了控制设计的目标,然后建立了包含未建模特性的偏航/横滚运动方程,在此基础上,利用滑模变结构理论设计了两通道的控制系统,仿真结果表明了该设计方法的有效性。