超机动飞机动态逆-PID控制器设计

对超机动飞机在大迎角机动下的控制律进行设计,并完成相关仿真验证.通过引入推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机非线性数学模型;采用奇异摄动理论,将飞机状态划分为快慢变换不同的同路,分别应用动态逆设计飞行控制律;并采用PID控制补偿由于未精确建模带来的系统逆误差;最后对所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真.仿真结果表明,设计的控制律能在大迎角机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,并保证闭环系统的稳定性.     

飞机大迎角飞行品质研究的进展

叙述了战斗机大迎角飞行品质研究的进展情况。说明了当代战斗机的作战环境和作战方式以及由此提出的大迎角机动飞行的背景。着重介绍了国外过失速区大迎角飞行品质研究的主要方面,飞行动力学机理,操纵效能,推力矢量及其控制律,飞行品质要求及其验证和评价方法,由此得出相应的结论。     

大迎角飞行品质的研究进展

分析了飞行包线向低速大迎角扩展后飞行品质研究面临的几个重要方面,即需要提供直到充分过失速迎角的飞行品质指标,这是设计飞控系统的依据之一：纵,横,航向操纵效能要求,这是配置,裁减操纵面的依据,机动任务集,这对于提出品质指标与操纵效能要求,及早发现飞机缺陷和全面评价飞机系统的战术效能等工作都有重要意义,总结有关的研究思路以及目前的进展,并给出了一些初步结论。     

大迎角纵向短周期飞行品质计算

根据六种短周期飞行品质判据（ＣＡＰ或ω＾２,ｐ／（ｎ／ａ）,ζｓｐ,τθ,ω,ｐＴｏ２,ζｓｐ,τθ瞬时峰值比,上升时间,有效延迟,带宽和时间延迟,闭环Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ准则;Ｇｉｂｓｏｎ时域响应准则）计算了某典型第三代战斗机在失速迎角前的纵向短周期飞行品质,并与国外有关地面模拟试验结果进行了比较,结果表明,失速迎角前的大迎角短周期飞行品质,仍然可以通过综合上述六种小迎角判所的计算结果进行评价,     

机动飞机的大迎角空气动力特性的预测

本文描述了一种初始设计的分析预测能力,它适用于非线性,气流条件随时间变化的非定常机动中的飞行器,此方法是流体动力学和飞行力学的直接耦合,用于分析大迎角和快速机动相关的旋涡,分离气流占主导地位的气流现象下飞行器的飞行状态,这种模块化设计方法基于正确地反映了复杂气流的物理特性,且补充了某些经验数据的数学气流模型之上,这种基于物理性质的方法适用于一般构型的飞行器,它不受特定的经验数据所决定,使用起来比较经济,由此得出的方法可应用来预测飞行器的指定机动动作或者气流条件,这种方法也可和解6自由度运动方程结合起来,用来预测飞行器的飞行轨迹和瞬态特性曲线,本文还介绍了对风洞模型和全尺寸试验飞行器的空气动力特性的测量和预测。     

大迎角气动导数对飞机横航向飞行品质的影响

以第三代战斗机为例,采用等效系统方法,通过计算并讨论飞行品质指标滚转模态时间常数(Tr),荷兰滚模态的阻尼比(ζn)和频率(ωn)及驾驶员座位处的侧向加速度(ayp)随气动导数的改变特征,研究在失速迎角前大迎角气动导数对具有现代控制系统的飞机横航向飞行品质的影响.结果表明,气动导数Cιδα和Clp主要影响Tr及ayp;Cnδr,Cnr,Cnβ及Cyβ主要影响ζn或ωn;Cιβ的影响相对较小.     

飞机大迎角机动非线性气动力模型的辨识

给出一种基于付里叶分析的方法，用以分析飞机模型大迎角、大幅值强迫简谐振动获得的气动力和力矩数据。由一组不同频率飞机模型简谐振动的气动力响应建立升力、阻力、俯仰力矩系数的非线性模型。这些模型的最终表达形式包含阶跃类型函数的时间积分。利用飞机模型的试验数据验证本方法的计算结果。实际计算结果表明，本文给出的非线性气动力模型，能够较为精确地计算飞机模型大幅值迎角简谐振动和斜坡运动产生的气动力响应。     

过失速大机动飞机的飞行控制律设计

对新一代带推力矢量的战斗机在大迎角过失速机动下的飞行控制律进行设计,并进行了机动指令飞行仿真。引进推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机模型方程;采用奇异摄动理论,将控制回路分为两个快慢(内外)回路,对每个回路分别用动态逆方法进行飞行控制律设计;并采用结构奇异值μ综合和分析的方法对快(内)回路设计了鲁棒控制器;最后所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真,仿真结果表明设计的过失速机动控制律良好。     

飞机大迎角机动飞行控制律研究

 本文以分歧突变理论为基础,采用非线性数学模型,建立了求解分歧面的理论方法。文中通过对分歧面的分析研究,得到了避免飞机出现急滚发散的舵面极限值;通过分析分歧面上平衡解的个数和稳定性的变化情况,设计了使飞机进入或退出失速尾旋的操纵规律。经时间历程验证,所得结论正确可靠。     

大迎角气动导数对飞机横船向飞行品质的影响

以第三代战斗机为例,采用等效系统方法,通过计算并讨论飞行品质指标滚转模态时间常数（Ｔｒ）,荷幸滚模态的阻尼比和频率及驾驶员座位处的加速度随气动导数的改变特征,研究在失束宛角前大迎角气动对具有现代控制系统的飞机横向飞行品质的影响。结果表明,气动导数Ｃｌδａ和ｌｐ主要影响Ｔｒ及ａｙｐ;Ｃｎδｒ,Ｃｎδｒ,Ｃｎｒ,Ｃｎβ及Ｃｙβ主要影响ξｎ或ωｎ;Ｃｌβ的影响相对较小。     

大迎角自动进近短距着陆综合控制设计及仿真研究

飞机在大迎角下进近可以减小飞机进近着陆的速度,从而减小飞机着陆时的滑跑距离。本文根据国外大迎角短距着陆的研究[1,2]给出了一种大迎角自动短距着陆方案。该方案应用了飞行与推进协调控制的方法设计了自动着陆控制系统和一套控制律,实现了进近飞行时的低速稳定和精确的航迹控制。对于反旋机动,利用全状态反馈,实现了机尾高度的精确控制。仿真结果表明该方案切实可行。     

大攻角下有限振幅俯仰飞行的非线性动稳定性分析

本文介绍了一种关于大攻角飞行条件下,飞行器非线性动稳定性分析的数学方法。     

大迎角非定常气动力数学模型研究

对建立纵向大迎角非定常气动力模型的状态空间法进行了分析。针对模型形式复杂、待辨识参数过多的问题,提出了减少参数的新模型。新模型保持状态方程不变,简化了输出方程。结果表明,改进的模型简化了辨识过程,可同时表现气动力非线性与非定常的基本特性,准确预测动态气动力。     

机身大迎角气动力的控制实验

本文研究了圆锥机身模型在迎角０°～９０°范围内的气动力特性。采用边条控制技术,可获得所需要的控制力与控制力矩。通过边条的对称或单侧布局和匹配边条不同的大小与安装位置,可以找到非对称力的最优控制方案。对对称布局,可以使对称现象得到控制,虽然侧力还微小产生,但侧力起始迎角却明显增大,且变化峰值可降低到原来的２５％;对单边条控制,可以获得理想平稳的控制力与控制力矩。     

飞行器大迎角非对称涡与气动特性的实验研究

针对飞行器大迎角绕流的非对称气动特性,采用变湍流度技术,通过对细长体和翼身组合体模型的实验研究,分析了湍流度和人工扰动对飞行器大迎角流动非对称性的影响规律。实验结果表明,湍流度和人工扰动对飞行器大迎角情况下的非对称流动特性影响显著。     

飞机大迎角机动非线性气动力模型的辨识

给出一种基于最大似然辨识的方法,用以分析飞机模型的大迎角大幅强迫简谐振动获得的气动力和力矩数据,在泛函分析和非定常气动力线性理论的基础上,通过合理的简化建立了能够包括气动力动态失速和涡流破裂及显著气动迟滞效应的大线性气动力模型表达式,并应用飞机模型的试验数据验证了该方法的计算结果,实际计算结果表明该非线性气动力模型能够较为精确地计算飞机模型大幅度迎角简谐振动产生的气动力响应。     

飞机大攻角空间机动气动力建模研究

 准确的气动力模型是大攻角机动仿真与控制等飞行动力学问题研究的基础。针对纵向运动建立的非线性非定常气动力微分方程模型扩展应用于一般空间运动形式,在分析大攻角非定常流动机理和试验数据的基础上,发展了一种多自由度非线性非定常气动力数学模型,并探讨了模型辨识和参数估计问题。用全机构形的大攻角动态风洞试验数据对模型进行的验证表明所发展的气动力模型能够描述大攻角气动力主要的非线性和非定常特性。     

细长体大攻角非对称流场控制

为了研究细长体大攻角非对称流态的机理以及开发新的控制技术进行了风洞实验.实验中观察到了侧向力的双稳态状态,并且它的正负指向很容易被来流中或者模型头部的微小扰动切换.连续改变滚转角时出现了迟滞回线.模型上游的扰动棒能改变侧向力的方向,当扰动棒移走后仍然可以保持该方向.根据以上观察,在模型头部安装了微型摆振片,该摆振片可以处在不同的周向位置.当摆振片静止时,迟滞回线消失,侧向力的方向不随紊流随机切换.截面侧向力的动态测量结果表明,当摆振片低频摆振时,侧向力可以跟随节奏变动.随着频率的增加,侧向力逐渐减少.当摆振频率进一步增加时,侧向力减少到零.如果摆振时,改变摆振片的平衡位置,则侧向力可以成比例的变化.根据上述实验实施,探讨了非对称现象的机理.     

大迎角侧向力控制的一种新方法探索研究

本文提出了运用充气气囊控制飞机头部大迎角分离涡的思路,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同形状充气气囊作用下的飞机大迎角流场。计算结果表明,通过飞机头部增设充气气囊,可以改变飞机大迎角分离涡的强度和空间涡轨迹,其意义在于一方面可以通过充气气囊获得希望的某个方向侧向力;另一方面通过充气气囊的变化,可以实现对侧向力大小的控制。这种充气气囊控制分离涡的技术思路具有成本低、不破环飞机外形和实现方便的优点,为飞行器大迎角侧向力的控制探索了一条新的途径。