飞机大迎角稳定性和状态矢量传播灵敏度研究

研究大迎角飞行稳定性一般需用高阶非线性模型。目前广泛采用分歧和突变理论算出飞机运动的平衡面和分歧面,判断平衡面上各点的稳定性质,然后利用飞行参数的时间历程来判断飞机的运动性质。该方法是行之有效的,但它对飞机受扰后的动态响应中每一时     

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。     

飞机失速/过失速特性的预测和分析

本文首先简单地介绍了飞机在失速迎角区飞行的一些重要现象,然后根据微分方程定性理论、分支和突变理论,建立了分析飞机失速/过失速特性的数学模型,并讨论了目前飞机设计中常用的预测失速和尾旋敏感性判据如 Cn(?)dyn 和 LCDP 等与平衡点处线化矩阵特征值之间的关系。结果表明,这些判据可以从飞机在特定状态下的线化矩阵经简化得到。因此,它们只能预测失速迎角区的局部稳定性。而全局稳定性应当根据微分方程的定性理论、分支和突变理论来研究。最后,通过算例指出了平衡点和周期吸引子与机翼摇晃、偏离和尾旋之间的关系,并用时间历程作了验证。     

大迎角时的附加偏航导数对飞机稳定性的影响

本文采用分析飞行参数时间历程灵敏度的方法,研究大迎角时因纵向参数而产生的偏航导数对于飞行稳定性的影响。文章对大迎角时产生的附加偏航导数进行了估值,然后通过比较包含或不包含这些特定导数或导数组合的时间历程,来考查这些导数对飞机大迎角飞行稳定性的不同影响。分析表明,某些附加导数对飞行稳定性影响严重。掌握与此有关结论对飞仉大迎角气动设计有着重要的意义。     

隐式Runge-Kutta方法在非定常化学非平衡流动中的应用

推导了求解NS方程组的隐式龙格-库塔方法,并从稳定性、精度和效率三方面展开讨论。通过定常和非定常算例对该方法进行验算,分析表明该方法计算结果正确、稳定性好、精度高、效率高,适合求解大型复杂非定常化学非平衡流动。     

飞机空中解体事故的残骸轨迹重建

本文采用高精度的数值解法－龙格－库塔法和二维分步优化计算方法，对飞机空中解体事故的残骸轨迹进行了分析研究，并复现了残骸的运动轨迹。为飞机事故调查单位分析事故原因提供了重要的线索和依据，同时给出模型机空中解体试验的计算结果，以证明这种方法是正确的、实用的。     

飞机的全局稳定性分析和非线性控制

现代军用飞机常设计为在大迎角下飞行。此时飞机是一个高度非线性系统，其稳定特性不能用线性方法求解。而实现控制，特别是在非线性不稳定性的情况下，更是十分困难的。本文介绍了一种综合的分析飞机非线性稳定性和控制的方法。即用分岐理论来决定飞机的全局稳定性。用四阶龙格－库塔积分来计算飞机运动的平衡面和分岐点，并构造运动状态的扰动传播矩阵，而此矩阵的特征值可用来预测稳定性的时变性。此外，还利用扰动传播矩阵来求得为满足规定的飞机反应特性（通常由频率和阻尼表示）所需的操纵，即各操纵面反馈回路的放大系数值。对典型飞机的算例计算结果表明，非线性控制是成功的。     

高机动性飞机大迎角全局稳定性研究

为了研究高机动性飞机大迎角时的全局稳定性,建立了飞机的非线性动力学方程和气动力模型。应用微分方程定性理论,通过对算例的分析,讨论了目前飞机设计中常用的稳定性判据(如(C_(nβ))_(dyn)和LCDP等)与平衡点处线化矩阵特征值之间的关系。结果表明这些判据可以从飞机在特定状态下的线化矩阵经简化得到。因此,它们只能预测大迎角的局部稳定性。若考虑全局稳定性则必须用本文所给的方法进行。最后,指出了平衡点和周期吸引子与机翼摇晃、偏离和尾旋之间的关系,并用时间过程作了验证。     

点隐式龙格-库塔方法的应用研究

为了提高求解器的效率,在显式龙格-库塔时间推进的欧拉方程求解器之上,发展了点隐式龙格-库塔时间推进格式。给出了其推导过程和非结构网格下中心格式和迎风格式（Roe和Van Leer格式）预处理算子的构造方法。NACA0012翼型和RAE2822翼型的跨音速无粘流动模拟表明：与显式龙格-库塔方法相比,方法能提高求解效率且内存需求相当,具有一定的工程应用价值。     

根据分歧面研讨飞机的尾旋控制律

本文以分歧突变理论和微分方程定性理论为基础,建立了求解分歧面的完整的数学方法。根据分歧面提供的信息,制订了使飞机进入尾旋和改出尾旋的控制律,并给出了一定的物理解释,为从理论上研讨飞机在大迎角时的操纵规律进行了有益的尝试。所得结论经时间历程检验正确无误,与试飞结果一致。     

Aeroservoelastic stability analysis for flexible aircraft based on a nonlinear coupled dynamic model

A unified theoretical aeroservoelastic stability analysis framework for flexible aircraft is established in this paper. This linearized state space model for stability analysis is based on nonlinear coupled dynamic equations, in which rigid and elastic motions of aircraft are both considered. The common body coordinate system is utilized as the reference frame in the deduction of dynamic equations, and significant deformations of flexible aircraft are also fully concerned without any excessive assumptions. Therefore, the obtained nonlinear coupled dynamic models can well reflect the special dynamic coupling mechanics of flexible aircraft. For aeroservoelastic stability analysis, the coupled dynamic equations are linearized around the nonlinear equilibrium state and together with a control system model to establish a state space model in the time domain. The methodology in this paper can be easily integrated into the industrial design process and complex structures. Numerical results for a complex flexible aircraft indicate the necessity to consider the nonlinear coupled dynamics and large deformation when dealing with aeroservoelastic stability for flexible aircraft.     

喷液式固体火箭发动机的稳定性

提出了一种喷液式推力大小可控的固体火箭发动机方案。对反馈控制系统的各个环节建立了运动方程,进而求得时变非线性系统在平衡点的常系数拟线性控制方程,并确定了系统的平衡稳定边界方程和稳定准则。分析指出,喷液式推力可控固体发动机和普通固体发动机在稳定性上有本质差别。小推力工况下发动机工作初期稳定性最差。喷注比或燃烧室自由容积越大,稳定性越好,压强指数在中n和高n值时有利于稳定。     

STUDY ON ACTIVE CONTROL FOR A FLEXIBLE BEAM UNDER THE CONDITION OF ZERO GRAVITY

The structure/controlling coupling system is akind of dynamic feedback system in which the me-chanical load and the actuator/controller interact.Because of the influence of inertia,while the com-mon elastic structure is in rigid motion ( or largemotion) ,there inevitably exists a kind of elastic vi-bration ( or small motion) superimposed on thelarge motion.This is the phenomenon of rigid- e-lastic coupling of the motion of an elastic body.Consequently,to study the problem of the motionstabilit…     

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。     

高超声速飞行器纵向大攻角非线性失稳分析与控制

针对滑翔式高超声速飞行器大攻角纵向失稳问题,基于连续算法和分岔理论,求解并分析了多特征点单参数分岔图,对平衡分支的稳定性和突变点进行了分析。结合高超声速飞行器大包线飞行特性,求解并分析了双参数分岔,并计算了稳定分支曲面和不稳定分支曲面,从全包线范围揭示了高超声速飞行器大攻角失稳特性。为了实现高超声速飞行器的稳定控制,基于非线性动态逆和分阶思想,设计了非线性控制器,并计算了非线性开环闭环系统的全局特征根分布,结合所提出的一种基于连续算法的非线性闭环系统全局性能评估方法,评估并分析得出非线性控制器的有效性和较优的全局性能。最后,对闭环系统进行了时间历程仿真,进一步验证了非线性控制器的有效性。     

飞行器自激振荡的流动物理与动力学机制

全局亚迭代耦合求解流体动力学方程和刚体动力学方程,研究轴对称飞行器单自由度俯仰失稳运动的非定常特征.高超音速锥-柱-裙飞行器的单自由度俯仰失稳运动发展为极限环形式,周期性运动伴随着波系结构的非定常变化;自激振荡源于静稳定构型的振动回复机制和尾裙激波流动迟滞效应所构成的阻尼机制.基于第二拉格朗日方程和虚功原理,导出能够描述迟滞现象的参数化非线性动力学模型.多尺度近似分析获得参数化运动特征:自激振动过程是拟简谐运动;静稳定构型才能出现自激振荡周期运动;平衡点阻尼是决定运动稳定特性的分叉参数;振幅特性与阻尼非线性相关,频率特性与刚度非线性相关.基于数值结果的参数辨识,非线性模型的理论分析、重构都与数值结果高度一致,从而有效地佐证了自激振荡建模研究的合理性.     

Kalman filtering with state equality constraints

Kalman filters are commonly used to estimate the states of a dynamic system. However, in the application of Kalman filters there is often known model or signal information that is either ignored or dealt with heuristically. For instance, constraints on state values (which may be based on physical considerations) are often neglected because they do not fit easily into the structure of the Kalman filter. A rigorous analytic method of incorporating state equality constraints in the Kalman filter is developed. The constraints may be time varying. At each time step the unconstrained Kalman filter solution is projected onto the state constraint surface. This significantly improves the prediction accuracy of the filter. The use of this algorithm is demonstrated on a simple nonlinear vehicle tracking problem     

径向气体轴承-柔性转子耦合系统动力学研究

采用轨迹法对径向气体轴承(纯动压径向气体轴承、动静混合径向气体轴承)-柔性转子耦合系统的非线性动力学特性进行研究.建立柔性转子系统的多自由度模型,通过变方向隐式(ADI)方法实现瞬态气体润滑雷诺方程(含时间项)与转子动力学方程的耦合求解,通过数值仿真获得了系统在不同偏心质量作用下的非线性气膜力、轨迹图、相图、频谱图、能量谱图、分岔图、振型图及重力作用下轴承的平衡位置分布图.针对所采用的轨迹法的特点,研究了相应的非线性动力学参数获取方法.结果表明,轨迹法能够很好的描述径向气体轴承转子动力学特性及其气膜涡动现象,为径向气体轴承-柔性转子系统设计奠定基础.      

行星齿轮非线性振动系统参数稳定域的计算方法

研究了行星齿轮非线性传动系统参数稳定域计算的一般方法.该方法通过选取合理的失稳阀值,根据考查参数域内系统的运动状态选取合适的数值积分时间段,以循环套嵌的手段计算考查参数在各自范围内不同组合下的系统位移响应最大值,比较失稳阀值以判稳,参数稳定域的图形输出等5个步骤完成对行星轮系参数稳定域的计算.最后,以四自由度行星轮系纯扭转非线性振动模型为例,以行星轮输入转速、系统的齿侧间隙以及齿轮副的啮合阻尼系数为考查参数,分别计算得到了系统的单参数稳定域、双参数稳定域以及三参数稳定域,为行星轮系的设计取值提供了重要参考.