直升机牵引模型的稳定性预测和试验研究

本文叙述了采用直升机牵引自由飞模型试验过程中出现的一种等幅值的极限环振荡,通过理论计算,找到了出现极限环振荡的临界速度和消除该振荡的几种可取的方法,而这些方法已为试验证实是可行的。最后,通过一系列的试验,使直升机牵引自由飞模型的方法完全达到了实用的阶段。     

直升机非线性的稳定性分析

建立了直升机的描述函数,分析和研究了非线性条件下直升机稳定性和极限环振荡情况,导出了极限环振荡情况下纵向操纵位移计算公式和稳定裕度计算公式,并根据Z—8飞机飞行试验数据进行了验证计算和误差分折。计算结果表明,本文的方法可用于各种直升机的设计估算和飞行试验数据处理,是一种非线性闭环分析方法。     

舵机非线性引起的飞机横-航向极限环特性的研究

本文利用描述函数法,导出了计算单值非线性系统极限环参教的解析方法。并利用该方法,研究了舵机带失灵区饱和非线性引起的飞机横-航向极限环振荡特性,以及飞行状态、自动器参数、失灵区宽度和线性区宽度等对它的影响。     

某型飞机操纵面间隙非线性颤振时域分析

操纵面间隙作为一种常见的结构非线性,是由飞机设计、制造、装配等众多环节产生,有可能引起极限环振荡（LCO）。极限环振荡通常表现为等幅振动,如果其振幅过大,也会影响机体结构完整性,引发结构失效。本文对操纵面间隙非线性颤振的时域分析方法进行研究,采用时域分析方法计算某型飞机的非线性颤振响应,并与频域描述函数法计算结果进行对比分析。结果表明：极限环振荡的临界速度和频率基本一致,时域分析方法能够准确计算全机操纵面间隙的非线性颤振临界速度,用来预测操纵面的极限环振荡是可行的,可以将其作为民用飞机适航符合性验证的理论分析方法之一。     

排除电传系统极限环振荡的探讨及试验验证

本文通过大量的数字、模拟仿真计算及多次半物理模拟试验来阐明电传操纵飞机系统产生非线性极限环振荡的原因、以及在实际电传系统中限制、减小或消除极限环振荡所应采取的措施。     

过失速区的一种极限环振荡

本文采用谐波线化方法将飞机过失速区非线性继电器型的升力突变特性线性化,求得近似的简便的解析公式,确定出极限环振荡特性,并分析了产生此极限环振荡的物理原因。计算结果表明,本文采用的近似解析公式求得的结果与简化的非线性纵向扰动运动方程模拟计算结果相一致,同时也与参考文献[1]用图解法和参考文献[2]用数值积分法给出的结果相吻合。     

空气动力迟滞引起飞机横航向极限环振荡的一种近似解法

本文给出一个确定空气动力迟滞引起飞机横、航向极限环振荡特性的近似解析公式。计算表明,它与参考文献[1]和[2]中提出的数值迭代法求得的结果相当一致,并消除了该文中求出的滚转迟滞引起的滚转速率极限环振荡振幅不是最大幅值的缺陷。     

空气动力迟滞引起飞机横航向极限环振荡的一种近似解法

 本文给出近似解析公式,确定空气动力迟滞引起的飞机横航向极限环振荡特性。计算表明,它与文献[1、2]中提出的数值迭代法求得的结果相当一致,并消除了该文中求出的滚转迟滞引起的滚转速率极限环振荡振幅不是最大幅值的缺陷。     

助力器非线性引起的飞机纵向-电传操纵系统极限环振荡特性的分析

本文利用描述函数法分析了助力器不灵敏区和速度饱和特性对电传-飞机纵向系统的稳定性影响。分析结果说明NSS工作模态容易发生极限环振荡,PSS工作模态不容易出现极限环振荡。对于静稳定飞机有可能出现高频、小幅和低频、大幅两种自持振荡。在操纵或扰动中,当运动幅值超过某一起始振幅,大幅极限环振荡便会产生。本文给出了NSS工作模态的系统稳定判据和预估自振频率、幅值的解析法;分析了舵机回路和计算机的滞后影响。本文最后简略地提出一些改善极限环特性的措施。     

窄条翼导弹模型摇滚运动动力学特性研究

利用NS方程和飞行力学方程耦合的数值模拟,研究分析了窄条翼导弹模型摇滚运动的动力学特性和产生机理。控制方程为URANS和刚体单自由度转动方程,计算取Roe格式、SA湍流模型、双时间步法,气动/运动耦合采用双时间步三阶Adams预估校正法。计算Ma=0.6,α=35°,模型进入极限环振荡,振幅10.14°,周期20Hz,与风洞试验结果吻合较好。受力分析表明力矩迟滞曲线为双8环,中间为不稳定环,两侧为稳定环;模型的动不稳定性是由迎风尾舵引起,背风尾舵不能提供足够的动稳定性,导致模型丧失滚转阻尼,最终进入等幅等周期的极限环振荡;计算证实,该极限环是稳定的,模型在任意初始状态或微扰动作用下都将进入该极限环振荡。计算结果还表明,在非定常效应较强时,转动惯量对摇滚振幅影响不大,对频率影响明显。     

飞机极限环振荡

本文综合介绍飞机上出现的各种极限环现象及其各种理论分析和实验研究的方法,给出极限环特性与飞机系统的一些参数之间的近似关系,对于飞机稳定性和操纵性设计中如何避免产生讨厌的极限环振荡,以满足飞行品质规范要求,具有一定的参考作用。     

非线性壁板颤振分析

利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种近似能量守恒算法求解结构的非线性响应。流场和结构求解器采用二阶松耦合方法联立求解,并将其应用于壁板在超声速、跨声速和亚声速的颤振计算中。当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环振荡现象,并对颤振边界和极限环振荡幅度进行了对比分析。     

具有多个非线性环节飞机-控制回路极限环振荡研究

本文利用描述函数法,导出了控制系统中含有多个非线性环节,多回路飞机极限环特性的计算方法,分析了某些非线性特性——饱和特性、不灵敏区和间隙特性对极限环特性的影响,并给出计算实例和试验验证的结果。     

大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究

针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。     

直升机阻尼非线性地面共振的极限环分析

 采用一阶近似方法分析研究了直升机阻尼非线性地面共振系统的极限环特性,导出了有关公式,研制了计算程序；并以某型直升机为例,考察了机体系统状态、机体系统振动特性参数对地面共振系统极限环特性的影响,分析了非线性桨叶阻尼在抑制直升机地面共振中的作用,展示了极限环状态下旋翼转速对旋翼系统与机体系统之间能量传递的影响关系。     

全动翼面间隙非线性气动弹性响应分析

战斗机全动翼面操纵系统中普遍存在间隙,其非线性特性不但影响系统地面振动试验数据的有效性,而且可能导致飞行器气动弹性稳定性边界产生偏差,因此有必要开展考虑间隙非线性的气动弹性响应分析研究。以全动翼面旋转方向间隙为研究对象,基于虚拟质量法线性化模态振型,建立一组可以表达整个响应域变形的统一模态振型;采用有理函数拟合,将频域非定常气动力转换到时域,分析不同间隙参数对应的极限环响应特性。结果表明：当全动翼面结构系统中存在间隙时,在低于线性颤振边界的特定飞行区域,翼面会出现非线性极限环振荡现象,间隙参数会影响极限环振荡幅值、频率以及极限环振荡的进入临界速压和发散临界速压。     

离散RCS的PWPF调制方式改进及混合控制逻辑设计

可重复使用飞行器(RLV)再入控制常涉及离散的反推力控制系统(RCS)和连续的气动舵面的混合控制,其中避免离散RCS出现极限环振荡和混合控制的逻辑是设计的关键问题。为此,对应用脉宽脉频(PWPF)调制的离散RCS进行极限环振荡行为的离散描述函数法预测,推导极限环出现条件,设计了一种前置非对称死区环节规避极限环而不损失性能,在此基础上提出便于工程应用的RCS与气动舵面混合控制逻辑。通过对典型飞行器的控制仿真验证表明,改进的离散RCS的PWPF调制方式及设计的混合控制逻辑能够获得良好的控制效果,满足控制要求。     

颤振板的极限环振动

本文研究了在匀速气流中悬臂板的极限环振动。采用冯·卡门大挠度板理论和准定常空气动力,应用瑞雷-里兹法导出悬臂颤振板的非线性振动的计算方程。并提出一组模态函数展开式用于拉格朗日方程,从而确定随时间历程的极限环振动和颤振边界。计算表明,模态展开式具有收敛性,板的长宽比对极限环振幅有显著影响。     

基于逆间隙环节的飞机极限环振荡抑制方法

借鉴数学中的函数与反函数思想,由间隙环节的数学模型导出逆间隙环节。分析了飞机侧偏控制系统 中副翼、方向舵舵机间隙非线性特性所引起的极限环振荡,针对副翼、方向舵舵机的非线性特性设计了相应的逆间隙环节,把所设计的逆间隙环节引入侧偏控制系统。仿真结果表明,所设计的逆间隙环节能够显著地抑制侧偏控制系统中的极限环振荡。     

飞控系统极限环抑制对

舵机是电传飞控系统中非线性因素的重要组成部分,若参数选择不当,常会发生稳态不衰减的小幅值极限环振荡现象。应用非线性控制理论,将飞控系统稳定性要求转化为对舵机的幅频特性、相频特性和不灵敏区范围要求,从而通过舵机设计达到抑制极限环的目的。仿真结果表明,该方法简单、实用,具有较高的工程应用价值。