基于混和寻优算法的时域低阶等效系统方法

现代高增稳飞机的阶次高达几十阶,需要将其降阶为具有特定形式的低阶等效系统才能与已有的飞行品质规范相比较,从而评价其飞行品质并改进飞控系统的设计.相对于频域等效系统方法,时域低阶等效系统方法可以在线采集系统的输入及输出数据,充分考虑各种非线性因素的影响,在飞机飞行品质评价时,对等效系统相关参数进行在线估计,具有较强的实用价值.针对时域等效拟配提出了一种混和寻优算法,即模式搜索-模拟退火法,该算法较好地克服了局部寻优和全局寻优的缺点,并在寻优过程中加入了对参数范围的限制,寻优结果可以快速收敛于全局最优解,并且不受初值变化的影响,对飞机飞行品质的在线评价具有重要意义.      

飞机燃油质量特性计算的截面自适应分割法

针对飞机燃油系统方案设计阶段截面连续变化的飞机油箱，提出了具有截面自适应性的燃油质量特性计算方法。首先根据飞行姿态和过载计算油面法向量，确定最低油面位置；然后根据等效燃油实体确定分割步长进行首次分割，并根据截面面积的变化情况，通过后续分割对误差进行补偿，直至分割精度达到预设精度阈值要求；最后对分割后的燃油实体进行燃油质量特性测量和计算。针对某型无人机燃油系统中多种不同类型的截面连续变化油箱进行仿真验证，表明该方法具有截面自适应性，且相比共轭梯度寻优算法，能够在保证计算精度的情况下，计算效率提升71.43%~92.31%，适用于飞机燃油系统方案设计阶段通过燃油质量特性计算快速准确地判断设计方案在重心方面的可行性。      

驾驶员—飞机闭环系统特性综合的一种方法

为获得驾驶员－飞机良好的匹配特性，根据Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ闭环系统评价准则，建立了相应的边界条件方程，采用牛顿失供和最速下降法相结合，迭代求得驾驶员模型参数和飞机模型参数。按良好飞行器品质要求，对闭环特性进行了综合。驾驶员模型选用俯仰跟踪时的形式，飞机模型采用等效系统模型。     

驾驶员－飞机闭环系统特性综合的一种方法

为获得驾驶员－飞机良好的匹配特性，根据Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ闭环系统评价准则，建立了相应的边界条件方程．采用牛顿迭代和最速下降法相结合，迭代求得驾驶员模型参数和飞机模型参数．按良好飞行器品质要求，对闭环特性进行综合．驾驶员模型选用俯仰跟踪时的形式，飞机模型采用等效系统模型．     

考虑几何非线性的气动弹性模型缩比方法

随着飞机性能和需求的提高,大展弦比高柔性机翼逐渐成为新型飞机的主要结构形式。这类机翼具有高升阻比、大变形和重量轻等特性,几何非线性效应明显。然而机翼的大展弦比高柔性会带来更大的机翼变形,而机翼大变形则会引起相关的非线性气动弹性行为。为了评估这些非线性气动弹性行为并同时降低设计风险和成本,一般要使用缩比模型进行风洞试验以研究和确认真实飞机的气动弹性特性。基于此,首先使用了传统线性缩比方法来进行缩比,通过刚度质量耦合匹配模态响应法与刚度质量解耦匹配模态响应法这2种线性缩比方法,不断优化缩比结构的设计参数来满足目标缩比值。同时,提出一种动力学有限元模型的非线性静响应-模态协同优化方法,该方法是基于等效静态载荷法的几何非线性气动弹性模型缩比方法,通过2个不同的优化子程序分别匹配全尺寸飞机的非线性静响应和模态振型。结果表明,相比于传统线性缩比模型,考虑几何非线性的缩比模型能够更好地再现全尺寸飞机的非线性气动弹性行为。      

基于虚拟样机的飞机起落架着陆时的响应分析

通过建立弹性机体二质量块等效模型,联立飞机侧滑着陆时的补充方程,推导出起落架系统着陆动力学方程.结合建立的数学模型,利用虚拟样机技术,在ADAMS/Aircraft环境中建立具有弹性机体的飞机整机模型,模拟飞机在一点侧滑着陆时起落架系统的动态响应.仿真结果表明在一点侧滑着陆工况下,弹性机体能够增大回复滚转力矩,减小轮胎侧滑,使着陆飞机快速达到对称着陆状态.弹性机体能够吸收、耗散着陆时的冲击能,改善减震器性能,提高乘坐舒适性,为减轻起落架系统重量和进一步改进起落架系统奠定了基础.      

用于小幅值精确控制的纵向飞行品质准则

研究用于评定飞机小幅值姿态和航迹精确控制的纵向飞行品质准则,提出以线性化小扰动飞机方程和飞控系统为评定对象,用等效系统拟配法、系统稳定裕度、Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ准则、姿态带宽准则、ＧＭ／ＰＭ准则和回落准则对整个飞机进行品质评价。综合分析这些准则的相互关系后,认为分别用上述６种方法评价飞机的飞行品质,可以得出该飞机的综合性能指标,而不至于得出一个片面的结论。     

飞机横侧向等效系统研究

本文着重阐述了飞机横侧向等效系统拟配形式的确定及在拟配过程中的一些规律。由于引入了低阶等效基的概念,更加明确地说明了各种匹配形式的使用条件。文中讨论了各种环节对等效参数的影响,对带有前置滤波器的控制系统的匹配中存在的问题,作了圆满的解释,并对求得的等效时间延迟提出了修正方法,对时间延迟作了更细的划分,说明了拟配中出现负时间延迟对飞行品质的影响。     

基于等效传感器和插值法的燃油量测量算法

以某型号飞机的机身油箱为例,提出了等效虚拟传感器的方法,将多根传感器测量值所确定的燃油面,用油箱中某个特殊位置的一虚拟传感器的值等效表示.建立虚拟传感器长度、飞机姿态中俯仰角和横滚角与燃油体积关系的三维数据表,利用插值的方法得到燃油量的近似值.利用Solidworks三维辅助设计软件对运用等效原理和插值法得到的燃油量进行验证,结果表明该方法测量精度高,计算结果可靠.而且等效原理的利用,使插值法涉及的数据量大大减少,达到了压缩数据的目的,便于在实际系统中的实现.      

飞机风扰响应特性的模拟与评定方法

针对飞行试验研究飞机风扰响应特性时存在的安全性与经济性问题,提出了一种在平静大气中模拟及量化评定飞机风扰响应特性的方法。通过设计舵面输入指令来激励飞机,使其产生能够模拟受到风扰的运动响应,进而完成飞机风扰响应特性的评定。以某型飞机为算例,基于PID控制方法设计了激励指令信号,模拟了飞机遭遇垂直突风与侧风后的响应特性,并基于时域峰值法评定了飞机的稳定特性。采用低阶等效拟配的方法对基于风扰响应数据评定所得的稳定特性结果进行了对比验证,结果表明,所建立的模拟风扰响应的控制指令设计与稳定特性评定方法是正确合理的。研究方法与结果对于飞机风扰响应特性的飞行试验评定等具有一定的参考价值。      

自动控制下,飞机侧向运动过渡过程曲线的理论分析

本文对典型飞机在无惰性的“理想”自动器控制下的侧向运动进行了系统的分析。分析内容为解算飞机与自动器特性方程的根值及绘制各种控制参数下的过渡过程曲线。对于自动器的惰性效应,则按等效滞后时间的方法进行分析并指出这种方法计算上特别简便,而计算结果则和参考文献中所应用的惰性时间及阻尼参数方程所得出的结果相似。     

航空发动机转子系统建模方法和振动特性分析

针对现代航空涡扇发动机转子系统的结构和力学特征,运用有限元法对其低压转子进行了有限元建模方法和动力特性研究.分别采用二维梁单元和三维实体单元建立转子系统的有限元模型,对其动力特性计算结果进行比较分析,在此基础上,提出了等效圆盘法进行有限元建模的等效原则.等效圆盘法将转子系统的叶片等效为刚性圆环,既能保留转子系统的结构和力学特征,又能有效地控制模型规模,将周期问题转化为轴对称问题,便于有限元程序的求解计算.计算结果表明,该方法是一种适用工程实际的有限元建模方法.     

飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

电子战特种飞机电磁兼容预设计技术

为解决飞机电磁兼容传统设计方法的不足,提出并采用自顶向下、全机系统量化的电磁兼容预设计方法,在特种飞机系统方案论证阶段构建能量传输模型和系统受扰的关联矩阵,通过数值仿真、行为级仿真、等效推算、模拟测试、数据统计等手段,分析机载设备、火工品、燃油和人员的安全性,对全机的电磁兼容进行评估、指标量化分配和优化设计,实现全机系统良好的电磁兼容设计状态;能针对分系统指标的变动随时分析全机电磁兼容性的变化,也可为实现全机电磁兼容而调整分系统指标.该方法在全机系统定型前充分暴露可能出现的电磁兼容问题,并最大程度将其解决在系统设计阶段.该方法已应用于多个特种飞机型号的电磁兼容研制中,预设计成功率高,为解决型号研制中的电磁兼容问题提供了重要的技术支撑.      

飞机过度/不足转向地面转弯操纵特性分析

为分析飞机着陆滑跑过程中的过度/不足转向特性,提高前轮转弯系统的操纵性能,提出了一种具有时变参数的飞机转弯系统的低阶等价模型,并结合系统稳定性的分析与飞行数据,可知在飞机着陆滑跑过程中的某个速度范围内,由于系统偏航角速度命令带宽衰减至零值附近,飞机的过度/不足转向特性曲线十分接近临界稳定速度边界,引起操纵特性严重恶化,由此提出了一种采用偏航角速度的局部负反馈来调节系统带宽的自校正增稳设计.分析与仿真结果说明:该模型能够解决使用高阶模型对飞机该项性能分析复杂的问题,可以作为高阶复杂模型分析的一种补充,且提出的增稳方法能使系统偏航角速度命令带宽保持在期望范围内,改善脚蹬操纵的敏感性,提高系统的操纵性能.      

非线性结构气动伺服弹性稳定性分析

真实的气动伺服弹性系统通常都含有各种非线性因素,它们会对系统的特性带来不可忽略的影响.为此采用一种频域方法对带有间隙的非线性结构进行气动伺服弹性稳定性分析.在气动伺服弹性运动方程中,非线性的结构刚度通过描述函数法转化为准线性的等效刚度,然后采用线性控制理论中的Nyquist方法来判断气动伺服弹性系统的稳定性并计算稳定裕度.以某一飞机的带有扑动和旋转间隙的受控翼面为例进行了数值计算.结果表明,旋转间隙对系统的稳定性影响是主要的;旋转间隙越大,系统稳定裕度越小.      

新气动布局飞机的过失速控制律设计

提出了一种多操纵面新气动布局飞机的过失速控制律设计方法.利用最小二乘拟合方法处理离散气动数据,得到连续六自由度非线性飞机方程;使用扩展线性化方法将飞机方程简化为工作点族上具有时变特征的线性系统形式;使用符号运算方法设计了系统闭环控制律和大攻角下的过失速控制律.仿真实验表明,这种控制律用于现代飞机的过失速机动是有效的.      

系统电磁兼容技术综述与展望

系统电磁兼容问题已成为飞行器等大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。系统电磁兼容问题不同于设备分系统电磁兼容问题,无论是在分析方法、设计方法、试验方法方面,均为系统工程问题。重点围绕航空飞行器研制中的电磁兼容问题,介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法:飞机整机电磁兼容精确化协同优化设计方法。该方法有效实现了从飞机总体角度进行全机电磁兼容性设计和从飞机顶层高度提出全机电磁兼容量化指标要求。该技术不但可以实现全机电磁兼容问题在过程中得到管理和控制,并且实现了飞机全机电磁兼容设计的一次性成功,从电磁兼容角度保证了飞机的安全性。