颤振主动抑制控制律的工程特性

针对颤振主动抑制控制律做了有关工程特性分析．主要采用计算的方法，对系统的稳定裕度、阵风响应、舵机功率需求，以及控制律降阶等几个工程实际问题做了具体的分析计算研究     

飞机颤振主动抑制控制律优化设计

对颤振主动抑制控制律的优化设计进行了研究，提出了一种基于“极点配置”思想，考虑低速稳定性的工程性控制律初值设置方法；在优化过程中，除考虑阵风响应等约束外，还考虑了鲁棒性问题。以某型收音机的动力相似模型为实例进行计算。计算结果表明，设计的优化控制律能有效抑制颤振，保证低速稳定性，且系统满足工程稳定裕度要求。     

颤振主动抑制系统鲁棒控制律初探

应用鲁棒稳定性理论，对颤振主动抑制系统进行了分析研究，通过分析和计算气动弹性闭环系统回郑矩阵的最小奇异值，判定系统的稳定性系统抗扰动的不灵敏特性。文中以一小展弦比机翼／外挂颤振主动抑制系统模型为例，进行了分析和计算。并应用约束变尺度法，对控制律重新进行了综合优化设计，使得该系统的稳定裕度，抗扰动的不灵敏性及低速稳定性有所改善。     

悬索桥颤振主动抑制研究

选用二次型性能指标，把悬索桥颤振主动抑制问题转化为线性二次型高斯问题，设计了颤振主动抑制的最优滤波器及最优控制律，其中，经ｏｇｅｒ有理近似拟合气动力自激项，对脉动风的描亭旭结为成型滤波器设计；稳定性判定归结为根轨迹图的判断；抖振响应计算归结为Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程求解，以某悬索桥为算例，计算结果表明：对该类桥梁进行颤振主动抑制，效果良好，最优控制设计所得结论对工程具有一定参考价值。     

二元机翼滑模变结构控制颤振主动抑制

颤振主动抑制(AFS,Active Flutter Suppression)是气动弹性综合研究的活跃分支,对飞行器设计具有重要意义.以带后缘控制面的二元机翼为对象,研究滑模控制(SMC,Sliding Mode Control)用于气动弹性AFS的可行性与机理.基于准定常气动力理论建立二元机翼气动弹性系统模型,设计SMC的滑模切换面及状态反馈控制切换函数,以实现受控对象AFS,从相空间状态轨线的角度,阐述SMC使闭环系统稳定的根源.此外,还对SMC的鲁棒性及延时效应做了分析与讨论.研究表明:该控制策略可用于AFS,在气动弹性主动控制方面具有应用前景.     

利用双目标优化寻求颤振抑制控制律

本文对一个三角机翼/外挂系统的颤振主动抑制进行了系统的研究。在理论上,对如何应用现代控制理论设计优化控制律进行了探讨;对非定常气动力拟合的Pade矩阵近似作了改进;提出了用理想极点和二次型性能指标进行双目标优化来确定加权矩阵的思想;在实现上,用状态观测器和单秩法极点配置两种方法设计了输出反馈控制律。风洞实验结果表明:用本文的方法所综合的控制律是合适有效的,成功地使机翼/外挂系统的颤振速度提高了15.7％,与理论计算结果吻合良好。     

机翼／外挂颤振主动抑制实验研究

介绍了机翼/外挂系统颤振主动抑制实验的全过程,包括对于模型固有动特性的实验分析、颤振主动抑制系统的调试、以及风洞实验三个阶段。风洞实验在3m×3m低速风洞进行。实验目的是对基于三种不同原理设计的控制律进行验证,并对颤振主动抑制系统进行实验研究。结果表明:所设计的控制律能有效地抑制颤振。经实验验证,控制律的理论计算与实验结果相符。实验系统工作可靠,重复性好。     

基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计

颤振主动抑制(AFS)是国际上普遍推崇的颤振问题解决方案,对现代飞行器设计具有重要意义。基于国际上滑模观测器的二维机翼AFS应用,以双后缘控制面真实机翼模型为对象,发展一种低阶滑模观测器的三维机翼AFS设计方法。该观测器性能优越、特点鲜明,但传统的设计流程繁琐,限制了其在高阶模型对象上的使用。本文借助线性二次型高斯(LQG)方法中的最优滤波器增益矩阵,提出一种简化的滑模观测器设计流程。结合气动弹性物理背景,使本文方法理论上能够应用于实践。算例对比分析结果表明,本文方法比LQG方法具有更好的抵抗噪声能力。     

变时滞间隙非线性机翼颤振主动控制方法

针对当前考虑时滞的机翼颤振主动控制研究多集中在只考虑某一通道存在固定时滞的问题,为解决控制回路前向和反馈通道都可能存在不确定时滞的情况,提出了具有时滞补偿功能的控制方法,实现对双向通道不确定时滞的颤振控制。在控制系统回路传输的数据中附加“时间戳”标志。在反馈通道,考虑系统状态不完全可测,设计时滞补偿状态预估器;在前向通道,提出了基于状态反馈的时滞补偿预测控制器。分析了使用所提时滞补偿策略构成的闭环控制系统的稳定性。以含间隙非线性的翼型为被控对象,对其发生颤振时前向通道和反馈通道存在不确定时滞的颤振控制进行了研究。讨论了不同通道的时滞大小对颤振控制效果的影响。仿真结果表明:所提时滞补偿控制方法能有效抑制颤振,提高系统的稳定性;在控制性能影响上,基于状态反馈的控制方法,其控制效果受反馈通道时滞的影响更大。      

二元机翼颤振的指令滤波反推自适应约束控制

为有效抑制二元机翼颤振现象,设计了一个指令滤波反推自适应约束控制器。考虑二元机翼气动弹性系统存在多项式结构非线性特性以及系统不确定的情况,针对二元机翼控制面偏转角度限制以及系统外部阵风扰动等问题,将前/后缘双控制面布局的二元机翼动态方程以状态空间形式描述,采用反推控制技术进行控制律整体设计,通过指令滤波环节对虚拟/实际控制信号进行幅值限制,并将滤波前后的信号差引入到自适应约束控制律设计过程中。仿真结果表明,在一定来流速度下,开环系统出现极限环颤振现象,闭环控制系统能快速达到稳定状态,二元机翼颤振现象得到有效抑制。     

间隙非线性气动弹性颤振控制

研究了亚音速不可压来流中二元机翼气动弹性颤振主动控制问题.采用Theodorsen准定常气动力建立俯仰方向含有间隙非线性的气动弹性动态方程,然后基于状态依赖Riccati方程推导了非线性颤振控制律.假设只有俯仰角位移和控制面偏转位移可以直接测量,状态空间中的其它变量通过所设计的状态观测器进行了估计.仿真结果显示,观测器可以快速准确地对非直接测量变量进行估计,系统状态变量与控制变量都能够迅速地收敛于零点,表明所设计的控制律可以有效地实现对间隙非线性二元机翼颤振的抑制.      

充气式机翼的颤振特性分析

充气式机翼的结构刚度由内充气压决定,其颤振特性需要建立静、动力学耦合的分析方法.机翼结构刚度和固有振动特性需要在静力分析基础上计算,进一步计算非定常气动力,从而采用传统的颤振计算方法分析其颤振特性.针对某一充气式机翼采用膜单元建立了有限元模型.在不同内充压条件下,对充气机翼进行了静力分析得到其结构刚度;然后对机翼进行模态计算和颤振分析.研究表明:各阶模态的频率随内充气压的升高而升高;除典型的弯扭模态外,充气机翼的弦向弯曲模态频率较低;充气机翼的颤振形式除常规的弯扭模态耦合外,弦向弯曲模态同样会发生颤振;机翼的临界颤振速度随内充压的变化近似呈分段线性变化;临界颤振模态及耦合分支在一定气压范围内保持不变.      

压电复合材料壁板颤振的控制

针对考虑热效应的壁板颤振问题,利用von Karman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了埋入压电材料的复合材料板颤振的气动弹性力学模型,使用Bogner-Fox-Schmit单元推导出壁板颤振的非线性有限元方程.将该动力学方程转换到状态空间模型,给出了基于这个非线性模型的最优控制.应用Runge-Kutta方法在时域内对一个四边简支的含压电材料的复合材料壁板颤振的控制进行了仿真,数值结果证明了该方法的有效性.     

含间隙全动舵面的非线性颤振模式及被动抑制方法

间隙非线性环节广泛存在于飞行器的结构当中,由其引发的极限环振荡（LCO）往往造成结构的疲劳破坏,但目前关于全动舵面非线性颤振机理和被动抑制方法的研究相对较少。针对典型含扭转间隙小展弦比全动舵面开展分析,提出了2种典型的非线性颤振模式,并探索相应的非线性颤振被动抑制方法。基于描述函数法和活塞理论建立舵面的动力学模型,考虑到间隙非线性环节导致刚度降低的效果,计算对比了2种不同扭转刚度下全动舵面的非线性颤振特性,进而提出了2种不同的非线性颤振模式,其中,模式Ⅱ不存在稳定的极限环振荡过程,可以有效抑制低于线性颤振边界的极限环振荡问题;研究了舵面根部弯曲扭转刚度和质量特性对非线性颤振模式和极限环初始动压的影响,提出相应的非线性颤振被动抑制策略。针对所提算例,数值计算结果表明：通过调整舵面根部弯曲扭转刚度或质量特性可以提高极限环初始动压,甚至改变非线性颤振模式,从而达到非线性颤振抑制的目的。     

考虑舵机动力学的舵系统颤振特性分析

飞行器舵面的颤振特性与舵机动态特性有很大关系.提出了2种考虑舵机复刚度颤振分析的工程分析方法,第1种方法思想是对舵面和舵机的耦合系统(下文称舵系统)模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断,称为时域方法;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用改进的V-g法求解该方程得到舵系统颤振特性,称为频域方法.通过对舵系统模型算例的数值计算验证了方法的可行性;发现传统的按扭转频率进行舵机刚度等效的舵面颤振工程计算方法的结果相对于该方法有较大差别.说明当舵机动力学特性较差时,在舵面颤振分析中考虑舵机复刚度特性是很有必要的.     

结构非线性对颤振特性的影响

基于描述函数法，对操纵系统的结构非线性问题，提出了用于描述函数法的耦合模态和非耦合的综合计算模型，使用跨音速非定常空气动力，对扑动间隙和旋转间隙进行研究，揭示了全动水平尾翼振动的根源主要是操纵间隙造成的，为其它同类问题提供了可行的工程分析方法。     

高超声速下翼面的热颤振工程分析

针对高超声速下翼面的结构、气动和热的耦合动力学问题,提出了热颤振分析的分层求解思路.首先分析结构在热环境下的固有动力特性,然后应用van Dyke活塞理论计算高超声速非定常气动力,最后采用p-k法进行颤振求解.对某高超声速全动舵面和小展弦比根部固支翼面进行了热颤振的分析与比较.计算结果表明,受热后结构的动力学特性和颤振特性均可能发生变化,尤其对于小展弦比根部固支翼面,由于热效应对其扭转刚度影响很大,从而导致弯扭耦合型式的颤振临界速度大幅度下降.     

轴向间距对转子叶片颤振特性的影响机理

使用自行开发的非定常流固耦合数值模拟程序,研究了上游叶排影响转子叶片颤振特性的机理,采用影响系数法分析轴向间距影响转子气动弹性稳定性的规律。结果表明:在协调叶栅中,叶片吸力面相邻的叶片振动对转子叶片气动阻尼的大小起决定性作用,其影响甚至超过振动叶片本身的影响;多排环境中,导叶（IGV）对转子叶片气动阻尼最小值的影响最大,并使其对应的节径增大;相邻叶片振动引起的通道变化抑制了导叶对非定常压力波的反射作用;随着轴向间距的减小,导叶对非定常压力波的反射作用减弱了非定常压力波的周向衰减,从而增大了叶片振动的非定常影响范围;在多排环境中使用影响系数法需要测量更多的叶片才能得到较为准确的气动阻尼。      

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.     

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.