电传飞行控制系统飞机飞行员诱发振荡机理研究

随着航空技术的发展,现代航空器普遍采用高增益电传飞行控制系统,其一方面使飞机飞行品质不断提高,但另一方面又使飞机的飞行动力学特性越来越复杂。美国国家研究委员会对装备有电传飞行控制系统飞机进行了专门研究,结果发现几乎所有部分或全部装备有电传飞行控制系统的飞机在研发过程中都曾遭遇过驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillations,PIO)事件[1-2],甚至诱发了严重的飞行事故。PIO已成为威胁电传飞机飞行安全的重要因素[3]。文章以电传飞机人机闭环系统为研究对象,探究电传操纵飞机中诱发PIO产生的关键影响因素,分析人机闭环系统稳定性的变化规律,揭示PIO产生的机理,为新型电传飞控系统设计、试飞等提供参考。

飞机过度滞后对飞行员诱发振荡影响

针对飞机过度滞后会导致飞行员诱发振荡的问题,提出综合运用频域法和时域法对过度滞后与飞行员诱发振荡间的关系进行定量研究。建立了简化的人机闭环系统模型,分析了人机闭环系统不稳定的充要条件。频域内应用伯德图和尼柯尔斯图对有效飞机频域特性进行了分析,通过带宽准则和平均相位速率准则对有效时延与飞行员诱发振荡间的关系进行定量评估。时域内运用飞机的飞行员诱发振荡时间历程曲线及延迟时间与飞行品质评分间关系曲线,对过度滞后的影响进行了定量研究。研究结果可为控制飞机的过度滞后提供定量依据。

开关型飞行员诱发振荡抑制器研究

飞行控制系统中的速率限制饱和后会产生时延,此时若飞行员处置不当,可能触发飞行员诱发振荡。建立了简化的速率限制器模型,剖析了以逻辑条件法设计的开关型抑制器结构;运用描述函数法研究了开关型抑制器的开环频域响应特性及相位补偿能力;研究了开关型抑制器对正弦和偏差输入信号的开环响应特点,提出应用开关型抑制器抑制飞行员诱发振荡;建立了含开关型抑制器的人机闭环系统数学模型,通过阶跃跟踪任务数值仿真,对比了开关型抑制器与DASA前馈抑制器的性能。仿真结果表明,开关型抑制器是有效的,降低了飞行员诱发振荡发生的可能性。

模型预测控制方法在抑制Ⅱ型飞行员诱发振荡上的应用

当速率限制器饱和时,其输出相对输入会产生相位滞后和幅值降低.基于模型预测控制(MPC)方法设计了控制器,将速率限制条件转化为系统输入的约束条件,从而最大限度地克服由速率限制器饱和引发的Ⅱ型飞行员诱发振荡(PIOs).分析了在正弦输入信号作用下控制器对系统相位的影响,并将控制器应用于人—机闭环系统进行仿真.结果表明,MPC控制器可使输出相位超前,PIOs未发生时可辅助飞行员消除系统误差,振荡条件下可完全克服速率限制器的影响,有效抑制PIOs发生.

有效飞机动力学转换对驾驶员诱发振荡影响

有效飞机动力学转换可能会导致人机闭环失稳,在特定条件下会引起驾驶员诱发振荡。针对此问题,分析了致使驾驶员诱发振荡发生的主要因素,构建了人机闭环系统模型,推导了人机闭环系统失稳数学模型。研究了引起有效飞机动力学转换的可能因素,并运用时域和频域分析技术对有效飞机动力学转换所产生的影响进行了分析。案例研究表明:有效飞机动力学转换后,在特定条件下可引发驾驶员诱发振荡,但由此引起的驾驶员诱发振荡可以采用相关方法进行抑制。在恰当的抑制方法作用下,由有效飞机动力学转换引发的驾驶员诱发振荡不会产生灾难性的后果。

飞行仿真软件的PIO预测分析

PIO是飞行仿真软件分析的最重要的内容之一。飞行员诱发振荡(PIO)是一种人-机闭环系统的不稳定的动态运动,通常由飞行员试图执行精确的飞行操纵任务所致。目前,已经研发出了大量的PIO理论用于预测PIO的敏感性,本研究仅对3个PIO准则进行理论研究和预测命中率分析,即带宽/俯仰速率超调准则、Smith-Geddes准则和Gibson相位速率准则。

对PIO预测的A值及A准则的分析

从应用的角度详细地介绍了国外预测 PIO时使用 A值及 A准则的情况。进行了计算公式的推导 ,讨论了准则在推导过程中所采用的假设及其适用情况 ,重新整理和校核了计算步骤和算例 。

试飞员蓝天历险记

识了一幕幕惊心动魄的试飞以后,你才会真正明白。OK,现在屏住呼吸,跟我到试飞现场去亲身感受试飞英雄李中华与战机的较量!