系统灵敏度理论在飞行器动态特性分析综合中的应用

灵敏度理论是系统动态特性分析中的一个重要组成部分。是用来研究某参数变化后对其动态特性影响的程度。本文仅在时域范围内,研究系统参数变化对常系数线性系统特性的影响,通过各类灵敏度来表示系统特征根、特征矢量和输出值的变化。文中介绍了系统灵敏度含义,导出了相应的公式,其中包括由于飞行器构形参数或自动器参数改变的特征根灵敏度。并通过两个实例来说明灵敏度法在飞行器动态分析中的具体应用。所得结果精确程度较好。     

参数平面法及其在飞行自动控制系统设计中的应用

本文是用“参数平面法”设计飞机纵向控制增稳系统。所谓“参数平面法”;实质上是将根平面中希望的特征根域转变到反馈增益参数平面中对应的区域中。这就是说在某种飞行状态下得到的可选择参数是一个区域。区域中任何一组参数均可满足品质要求。对于不同的飞行状态,重复各步计算,便可得到与各状态相对应的各参数域。它们的交集便是具有增稳性能的设计域。本文对两个机种的四个边缘状态进行了计算,获得了良好的效果。     

高超声速进气道曲面压缩技术综述

高超声速曲面压缩系统能够同时利用弯曲激波和等熵波压缩来流,具有良好的综合性能,本文简要回顾了相关研究取得的成果,分析了这种新型压缩方式的流动特征,总结了基于曲面压缩概念提出的多种流场设计方法,重点介绍了其中根据出口截面或壁面上气动参数实现的流场反设计以及在高超声速进气道设计中的应用研究,同时指出了三维流场的反设计、粘性条件下的反设计等有待深入研究的问题。     

用特征变量分析综合多变量系统

如所习知,若 n 阶常系数线性系统具有 n 个互异的特征根,则按相应的 n 个特征矢量确定特征变量(或特征座标)后,即可将原系统方程解耦为 n 个互不相关的一阶方程组。系统的品质与它的特征根和特征比是紧密相关的,但就作者所知,对特征变量在分析综合中的作用,尚未给以足够的注意,本文较系统地阐述了运用特征变量分析综合多变量系统的情况,可以看到,运用特征变量处理问题,使有关分析综合人员处于能直观分析,全面衡量、更好地作出抉择的地位。这里的有关看法,主要通过一些经常性的飞机飞行动力学问题作了阐述,但对其他技术领域的多变量问题,比如较为复杂的飞机随控布局(C、C、V)问题,也同样会是一个方便的途径和有用的方法。     

电传系统设计研究

研究了纵向电传系统前向指令回路非线性校正、过载指令的设计和综合、C*反馈回路的设计、调参规律的选取、校正网络特征、闭环系统稳定性、闭环系统相位补偿以及放宽静安定度补偿方法等,并对伺服弹性回路和人-机耦合回路的综合设计进行了研讨。     

分段线性气动弹性系统的作动器饱和控制律研究

本文通过规范化带有分段非线性刚度的三自由度二元机翼的状态方程,研究机翼气动弹性控制律的饱和设计问题。基于参数变化引起的状态矩阵不稳定共轭特征根,分离出不稳定子系统。利用子系统时间可逆性寻找系统的零可控域和吸引域,结合高阶不变吸引域设计出针对不同可控区域的线性饱和反馈控制律。数值仿真结果表明:这种设计方法能快速镇定不稳定的气动弹性系统,在初始条件很苛刻的条件下亦能对模型进行有效控制。     

二元收扩喷管设计参数对红外特征影响的数值研究

采用正交试验设计方法进行排气系统红外辐射(IR)特征数值模拟算例的设计,研究了二元收扩喷管(2D-CD)喉部宽高比、喉部型面半径比、收敛半角和扩张半角等参数对排气系统红外辐射特征的影响,并且开展了参数对排气系统红外辐射特征影响灵敏度的分析。结果表明:扩张半角是影响二元排气系统红外辐射特征空间范围最宽的参数,收敛半角主要影响尾向10°～30°范围的红外辐射特征,喉部宽高比主要影响正尾向0°和侧向90°的红外辐射特征,喉部型面半径比对红外辐射特征的影响较小;二元排气系统不同方向上红外辐射特征的最主要影响参数不同,正尾向0°方向上的最主要影响参数是喉部宽高比,侧向90°方向上的最主要影响参数按影响程度大小排序依次为扩张半角、喉部宽高比。     

基于LMI的多目标特征结构配置方法及应用

提出了将线性矩阵不等式（LMI）技术用于多目标特征结构配置的控制器设计方法。由于利用状态反馈或输出反馈进行特征结构配置时存在一些设计裕度,这些裕度可以用来满足附加的性能指标要求。本文利用LMI技术实现了降低系统参数对摄动的灵敏度同时改善系统的鲁棒稳定性的特征结构配置，为特征结构配置方法的实现提供了一条新的途径。设计实例的仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于解析及特征造型的涡轮冷却叶片参数化设计

基于数学解析与特征造型技术相结合的方法,建立了基于构造过程的复杂涡轮冷却叶片的参数化设计技术。用五次多项式描述叶身型线,根据壁面厚度函数求解冷却通道外形,定义冷却通道隔板位置及厚度等参数,计算得到叶身及冷却通道各截面造型数据;以特征造型方法完成对涡轮冷却叶片转弯流道、缘板、榫头及叶片相关特征的参数化设计;利用CAD系统的二次开发接口,实现了多腔回流式涡轮冷却叶片的自动建模。     

分析、综合弹性飞机动态特性的一种建议性途径

本文提出了考虑在非定常气动力作用下;分析、综合弹性飞机小扰动运动特性的一种建议性办法——频率法的推广应用。它直接将谐振运动的非定常气动力数据引入运动方程中,通过作特征方程关系式(指特征方程对应的代数关系)所对应的频率曲线,利用复变函数的知识和特征方程关系式是复变量的解析可微函数条件,并运用作图与曲线拟合相结合的手段从而求得给定状态下弹性飞机运动方程中所需特征根和特征向量,这不仅获得了该状态下弹性飞机的实际运动特性,同时也给出了一些综合、设计的信息。与现行其他方法比较,本文提出的方法,对于研究弹性飞机的动态特性具有分析、计算较为简洁系统,综合设计较为直观方便的特点。     

基于CFD方法的大型客机高速气动设计

大型客机高速气动设计需融入型号的设计经验、准确的数值分析方法以及高效的全局优化流程。将型号研制积累的设计经验及准则与现有数值计算工具、优化算法和计算机硬件资源相结合,探索发展了基于CFD的大型客机气动优化设计综合方法,该方法系统综合全局优化与局部寻优、人工经验与数值优化、参数化方法和参数控制以及自动化网格生成等方法和技术,大幅提升了气动设计效率。同时,完善了工程中实用的大型客机高速气动设计方法和流程,设计过程中融入了气动、结冰、静气动弹性等多专业的综合约束,反映了机翼设计多学科综合的本质特征,有助于形成综合最优的设计方案。以大型客机的超临界机翼优化设计为例,叙述了其在高速气动设计工作中的应用。     

飞行器参数化几何建模方法研究

高超声速飞行器的概念设计阶段通常要综合考虑气动力、气动热、飞行弹道、推进系统、结构和控制等多个学科的设计因素,希望通过权衡各个学科得到一个综合性能最佳的设计,即多学科设计优化结果.参数化几何建模是优化设计的基础,本文开展飞行器参数化几何建模的方法研究,利用二次曲线方法与基于类型函数和形状函数的方法,分别进行了两种飞行器几何外形的建模,并进行了初步的气动力计算.通过分析两种建模方法的特点,比较了两种方法在不同情况下的优缺点,提出了在飞行器概念设计阶段几何建模方法的一般选取建议.通过等弧度、等弧长的划分原则,完善了基于类型函数和形状函数方法所生成的表面网格质量.     

一种电动飞机概念方案的参数设计方法

为了准确地进行电动飞机概念方案的设计评估,从其自身特征出发,结合任务需求和不同飞行阶段的能耗分析,建立了全机总质量评估模块;为了完成方程的封闭和满足必要的飞行性能约束,建立了参数矩阵图模块;搭建的设计系统可以有效评估起飞总质量、翼载荷、功率载荷和翼展等总体参数。基于该系统,对国内外三款电动飞机进行设计和对比分析:不同机型下,程序所得的各项质量、翼面积、展长和翼载荷等均与实际数据相近;各项数据对比的绝对数值差异反映出对于任务的模拟和能耗在合理范围之内,且其相对误差对于初级设计阶段的总体参数评估而言,也是可以接受的。这些研究结果不仅验证了本文设计方法的正确性和可行性,还表明了该方法可为电动飞机初步的参数选定和性能评估提供重要的设计支撑。      

实现交互式三维参数化造型的研究

参数化设计方法是当今计算机辅助设计领域的一个热点课题,交互式三维参数化造型可以在原有模型的基础上,快速而方便地生成新的设计方案,大大提高了设计效率。本文所讨论的是通过引入特征的约束关系,利用现有的实体几何造型系统来实现交互式的三维参数化造型的方法。     

一种设计参数型的有限元模型修正方法

本文提出了一种设计参数型的有限元模型修正方法。依据正交条件,采用系统矩阵对设计参数的台劳展开式,建立参数修改量的线性方程式,用奇异值分解方法求解。在本方法中充分考虑了试验模态参数误差的影响,及试验振型自由度扩充等问题。计算机仿真及实际算例的结果表明,本方法计算量小、精确度较好。     

从试飞数据中提取飞机模态参数方法的研究

在评定飞机的飞行品质时,自然频率、相对阻尼等模态参数是极为重要的.本文介绍了从飞行试验数据中提取模态参数的几种方法。文章的前一部分介绍了运动轨迹分析法,包括一般收敛振荡分析方法、大阻尼振荡分析方法及非周期衰减运动分析方法;而后一部分介绍了参数估计方法,包括迭代探索法和求特征根方法。这些方法都可以应用于飞行试验数据分析.     

斜齿行星齿轮传动系统振动模式与动载特性

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其振动模式和动载特性研究对减振降噪设计具有重要意义.针对斜齿行星齿轮传动系统,建立了随动坐标系,推导了含陀螺效应的多自由度间隙非线性动力学方程,求解了系统的固有特性.结果表明:斜齿行星齿轮系统存在3种典型振动模式,即轴向平移-扭转耦合振动模式(重根数r=1),径向平移振动模式(重根数r=2)和行星轮振动模式(重根数r=N－3,N>3);综合考虑啮合刚度、齿侧间隙、综合误差和外载荷等激励作用,研究了啮合相位差和激励方式对动载系数的影响规律,结果表明计入啮合相位差时动载系数有所增大,当刚度波动系数ζ=1.723时,系统分岔为2周期次谐响应,随着激励参数的变化,内啮合较外啮合更快的进入混沌状态.      

大型客机总体设计系统的框架与原型研究

为推进航空企业数字化建设进程,满足中国大型客机研制对数字化建设需求,在对已有开放式飞机总体设计系统分析的基础上,梳理和定义了大型客机总体综合设计系统的定位和软硬件架构,设计了大型客机单个设计任务的数据组织逻辑和代码组织逻辑。以此为基础,系统性地研究,并实现了面向大型客机的翼面类部件、机身类部件、客舱、货舱、起落架、机翼结构及整体油箱、风挡等部件的参数化建模方法。考察了大型客机总体设计中分析软件及各类优化框架系统的应用特点及使用现状,设计了大型客机总体设计中各类分析工具的分层次集成与优化应用策略。若干设计实例说明了本文系统及其相关方法是有效的、可靠的。     

隐身无人机进、排气系统的综合设计

进、排气系统的综合设计对无人机的气动和隐身特性至关重要,涉及到计算流体力学、风洞试验、结构动力计算和隐身特性计算等多个学科,对这些学科进行综合设计,得到最优化的方案是无人机设计的重要目标。本文结合瑞典防务研究局（FOI）某无人机方案的进、排气系统综合设计方法,对隐身无人机的进、排气系统发展方向进行分析和思考。     

多模型切换控制及其在BTT导弹设计中的应用

研究了一类可以抑制切换时刻输出跳跃的多模型切换控制器的设计问题。基于参数化特征结构配置结果及模型跟踪方法,设计了满足输出跟踪性能并使多模型系统中各闭环子系统渐近稳定的多模型切换控制律集合。充分利用参数化特征结构配置方法提供的全部自由度,协调选取各子系统控制律中的参数来抑制切换时刻的输出跳跃。将本文提出的方法应用到某型倾斜转弯导弹自动驾驶仪设计中,仿真结果表明导弹的输出过载迅速准确跟踪制导指令,并且切换抖动得到有效抑制。