民用飞机控制律对俯仰机动平尾载荷影响分析

针对中国民用航空规章第25部25.331(c)条规定的两种俯仰机动情况（非校验机动和校验机动）,本文首先对两种俯仰机动条款进行理解,然后对比分析了中国民用航空规章第25部与欧洲的适航认证规范对校验机动情况存在的差异,最后对两种俯仰机动考虑控制律前后分别进行机动仿真计算,进而对飞机响应及平尾载荷计算结果进行对比分析。 计算分析结果表明：1）考虑控制律后,飞机舵面偏度变化较大,进而导致整个机动过程中飞机响应姿态以及最后的机动载荷变化较大;2）对于急剧移动操作器件的非校验机动,考虑控制律后飞机的响应姿态有所缓减,最后导致平尾载荷有所降低;3）对于相对缓慢移动操作器件的校验机动,考虑控制律后飞机的响应更为剧烈,最后导致平尾载荷有所增加。     

基于全局灵敏度分析的侧向气动导数不确定性对侧向飞行载荷的影响

考虑飞行载荷计算中使用的气动导数存在不确定性,利用基于方差的全局灵敏度分析(GSA)方法,结合偏航机动的动力学模型,分析了侧向气动导数不确定性对侧向飞行载荷的影响。以某型飞机为例,运用该方法得到侧向气动导数的全局灵敏度排序。结果表明:侧滑角、阻尼贡献的垂尾侧向载荷及垂尾侧向总载荷受全机侧力系数对侧滑角导数的影响最大,受航向静稳定导数及方向舵操纵效能的影响次之;方向舵偏度贡献的垂尾侧向载荷只受全机侧力系数对方向舵偏度导数的影响;无尾飞机侧向载荷主要受航向静稳定导数、方向舵操纵效能及无尾飞机侧力系数对侧滑角导数的影响;偏航阻尼导数基本不影响各侧向飞行载荷。同时也验证了方法的有效性,对提高飞行载荷的计算精度有一定的指导意义。     

民机偏航阻尼器对垂尾飞行载荷的影响

为了研究偏航阻尼器对垂尾飞行载荷的影响,将偏航阻尼器模型与飞机动力学模型相结合,建立了垂尾飞行载荷分析模型。以某型民机为研究对象,对其典型巡航状态下偏航机动、横向离散阵风、发动机失效和往复蹬舵情况进行了计算分析。结果表明,偏航阻尼器可大幅降低飞机横侧向运动参数响应幅值,4种状态下的垂尾载荷均有较大程度降低。     

考虑螺旋桨滑流影响的垂尾飞行载荷设计

依据CCAR-25部偏航机动的设计准则,研究了螺旋桨滑流对垂尾载荷设计的影响.以T型尾翼布局、桨叶右旋的某支线客机为例,分析了螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响:拉力系数越大,则滑流对飞机侧向力系数和偏航力矩系数的影响越大;在负侧滑时,滑流对飞机气动特性数据的影响显著;正侧滑时,滑流对飞机气动特性的影响较小.基于飞行力学六自由度非线性微分方程,开展了有/无滑流影响情况下偏航机动仿真和垂尾载荷设计.结果表明:螺旋桨滑流使得飞机的响应幅值增大,算例飞机的垂尾侧向力、弯矩和扭矩限制载荷分别增大5.21％、8.21％和4.85％.     

基于超静定配平的机动载荷控制风洞试验

介绍了俯仰机动载荷减缓(MLA)在某运输类飞机缩比风洞试验模型上的应用,旨在通过风洞试验研究一种基于超静定配平原理的机动载荷控制方法。首先,对模型飞机纵向超静定配平方法进行了研究并从理论上揭示通过其减缓机动载荷的基本原理;然后,依据超静定配平原理设计了MLA控制律,通过反馈模型飞机等效过载驱动副翼偏转减小机翼载荷,同时偏转升降舵来保持飞机的俯仰机动性能;最后,依次实施了超静定配平试验,气动伺服弹性稳定性试验以及机动载荷减缓试验,分别用以确定MLA控制律参数,检查控制系统稳定性以及获取俯仰机动时的系统响应。试验结果表明:在MLA控制律作用下,机翼根部弯矩增量比MLA控制律关闭时减小了10%以上,而模型飞机的俯仰机动性能基本保持不变;MLA控制律的加入使控制增稳系统稳定性略有下降;通过超静定配平试验确定MLA控制参数的方法有效提升了MLA控制律设计可靠性,使翼根弯矩减缓量接近目标值。研究工作为运输类飞机的机动载荷控制设计与试验提供了一种可行途径。     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

开裂角对阻力方向舵颤振特性的影响

对于无垂尾飞翼式布局飞机,阻力方向舵是一种十分有效的偏航控制装置。偏航控制时,舵面大角度偏转,引起气流分离、涡等复杂流场运动,非定常气动力复杂。计算气动弹性学科提出流固耦合求解方法,以期用于阻力方向舵气动弹性问题的求解。本文采用基于CFD技术的流固耦合方法求解阻力方向舵二维气动弹性问题,计算结果表明,随着开裂角的增大,阻力方向舵的颤振速度增加。对阻力方向舵气动特性进行了计算分析,结果表明阻力方向舵开裂,舵面背风区形成死水区,舵面非定常气动力影响系数减小,阻力方向舵开裂角越大,其颤振速度越大。     

刚弹耦合飞行器的机动载荷减缓

针对飞行器刚体/弹性模态耦合作用下的机动载荷减缓问题,运用亚音速非定常空气动力学理论以及分析力学原理,建立了柔性飞机机动载荷分析及控制的气动弹性模型,分析了飞机作纵向机动飞行时结构弹性对机动飞行参数的影响。数值分析结果表明,结构弹性模态对飞机机动过程的影响不容忽视。为了有效减缓机动载荷,运用最优控制理论,采用多组控制面联合偏转的作动方案,设计机动载荷减缓最优控制律,实现了对飞机纵向机动载荷的控制。研究结果表明,提出的机动载荷减缓控制方案是有效的。     

规范修正对垂尾连续紊流载荷的影响分析

依据FAR-25对连续紊流设计的最新条款,研究了突风强度的修订对垂尾动载荷设计的影响。以T型尾翼布局的某支线客机为例,基于Von Karman连续紊流功率谱模型和线性连续紊流响应的功率谱方法,采用载荷累加方法获得垂尾的连续紊流动载荷。结果表明:FAR-25对连续紊流设计的最新条款没有超越以往设计准则,算例飞机垂尾连续紊流限制载荷有所下降,设计状态参数有所改变。     

小展弦比飞翼布局作战飞机偏航轴飞行品质评定

依据MIL—STD—1797A飞行品质规范,对小展弦比飞翼布局作战飞机的偏航轴飞行品质进行了评定研究。评定结果表明：由于构型的原因,飞翼布局飞机本体的稳定特性和阻尼特性都较差,因此飞行控制系统对其动态响应特性的调节作用更加明显。稳态配平特性主要受构型的影响,飞翼布局飞机一般不能完全满足飞行品质的要求。由于可控性的设计要求需采用多操纵面的组合操纵,控制分配技术导致某些现有的品质准则需要修改。小展弦比飞翼布局飞机取消了垂尾（方向舵）并采用了新型操纵面（ICE）,在某些情形下对偏航轴操纵效能的需求与常规飞机相比存在较大的差异。总之,在飞翼布局作战飞机的构型设计、飞控系统设计以及飞行品质评定条款的制定、实施中,均需考虑这些新的飞行品质特性。     

反舰导弹末端立体机动的质心控制指令设计

比较了几种末端机动控制方式的不同,分析了它们的应用场合.采用姿态控制下的质心控制方式,在增益调度PID控制系统作用下,实现了侧向平面、纵向平面与斜平面内的蛇行机动,以及非平面的螺旋机动、椭圆螺旋机动等形式,给出了一体化公式,并在VC 下进行了六自由度非线性模型的全弹道仿真.     

平飞时飞机机动载荷控制系统的分析和设计

在基本飞机构型的条件下,给出机翼载荷控制的目的、方法和效能计算,研究了机动载荷控制系统的设计。通过对某型大展弦比飞机的设计和仿真,表明了控制系统对机翼载荷控制的有效性。     

飞机急滚防偏离系统控制律的研究

本文介绍了某机在急滚机动飞行时出现的一些非线性现象,并采用系统灵敏度理论分析揭示出产生这些现象的原因。随后文中着重探讨各类控制系统,包括ARI系统,稳定轴偏航阻尼器和航向静增益系统对飞机急滚机动特性的影响。分析结果表明,这些系统对防止飞机偏离是有效的.     

阻力方向舵在无尾飞机飞行控制中的应用

阻力方向舵在无尾飞机上得到广泛的应用。以一种无尾飞机为例,讨论了阻力方向舵舵效的非线性、耦合性等基本特性,并说明了阻力方向舵张开后对飞机整体的影响。给出了阻力方向舵在无尾飞机航向增稳、空速控制、作为复合舵使用三个方面的应用实例和仿真结果,说明了阻力方向舵在无尾飞机飞行控制应用中存在的一些问题及其解决方法。     

飞翼布局无人机反演自抗扰姿态控制

针对飞翼布局无人机模型强非线性、大不确定性及多变量强耦合等问题,设计了基于块控反演控制技术的姿态控制律,并采用自抗扰控制中的线性扩张状态观测器实现了对模型总不确定性的估计。为解决因阻力方向舵舵效非线性以及舵环节指令跟踪延迟造成控制系统动态性能下降的问题,采用函数拟合法解算阻力方向舵舵偏指令,并利用二阶振荡环节对观测器进行抗时滞处理。仿真结果表明,所设计的姿态控制律能够使飞翼布局无人机准确跟踪姿态指令,并具备较强的鲁棒性与良好的动态性能。     

Exponential Time-varying Sliding Mode Control for Large Angle Attitude Eigenaxis Maneuver of Rigid Spacecraft

An eigenaxis maneuver strategy with global robustness is studied for large angle attitude maneuver of rigid spacecraft. A sliding mode attitude control algorithm with an exponential time-varying sliding surface is designed, which guarantees the sliding mode occurrence at the beginning and eliminates the reaching phase of time-invariant sliding mode control. The proposed control law is global robust against matched external disturbances and system uncertainties, and ensures the eigenaxis rotation in the presence of disturbances and parametric uncertainties. The stability of the control law and the existence of global siding mode are proved by Lyapunov method. Furthermore, the system states can be fully predicted by the analytical solution of state equations, which indicates that the attitude error does not exhibit any overshoots and the system has a good dynamic response. A control torque command regulator is introduced to ensure the eigenaxis rotation under the actuator saturation. Finally, a numerical simulation is employed to illustrate the advantages of the proposed control law.