基于多模型MPC的变体飞机协调优化控制

针对变体飞机纵向动力学模型的变形机构、升降舵、发动机推力的协调优化控制问题,基于多模型切换的模型预测控制方法,建立了变体飞机的纵向动力学模型与气动模型,并分析了其在不同状态和构型下的动力学特性。针对变体飞机纵向运动的平衡点转移问题,基于小扰动线性模型设计了一种多模型切换的模型预测控制器。该控制器能够通过协调控制变形机构、发动机推力和升降舵优化飞行性能,并保证了输入幅值和速率受限的条件下变体飞机的状态变量不超出预先设定的范围。然后,给出了将控制器求解转换为二次规划的详细可行步骤。最后,通过仿真验证了方法的有效性。

一种变体飞机的轨迹跟踪控制方法研究

轨迹跟踪在编队飞行、空中加油以及侦察跟踪任务方面具有重要作用。为了提高变体飞机的轨迹跟踪效果,本文提出了一种新的轨迹跟踪方法。首先,根据非刚体运动模型特点对一种变后掠翼飞机进行建模;其次,使用增量反步法设计相应的控制律,包括姿态控制律、高度控制律、速度控制律和侧滑角控制律;最后,在轨迹回路的跟踪制导策略上,使用非线性L1制导法,通过计算目标飞机的动态轨迹曲率进行轨迹跟踪控制的设计,同时使用变体结构进行补偿轨迹跟踪控制。仿真结果表明,该方案能够很好地应用于变体飞机,并能够准确地跟踪上目标飞机。本文的研究可为变体飞机的轨迹跟踪应用提供理论和仿真验证技术支撑。

变体飞机技术应用前景与装备谱系研究

现代战斗机设计追求多任务兼顾、高速与低速飞行性能兼顾、机动性和隐身性兼顾,这些能力需求在设计中往往互相矛盾,变体飞机技术是解决飞机设计中这些矛盾的有效途径。本文从变体飞机技术出发,梳理了军用变体飞机的发展历程,分析了国外典型变体飞机的研制背景、作战任务和变体飞机技术应用情况,创新地提出了变体飞机技术在未来飞机中可变尾翼、可变布置和可变模块化组合的新型应用方式,总结了变体飞机的主战类和支援类装备应用谱系,肯定了变体飞机技术在未来飞机设计中的实用价值,提出了变体飞机技术的应用方向,为变体飞机技术未来的应用提供了参考。

变体飞机设计的主要关键技术

针对变体飞机的特点,分析了其在设计中出现的诸多新的技术难点,对拟解决的主要关键技术,包括变体飞机不同于常规固定构型飞机的总体及气动协调设计、机翼智能结构设计、可控性设计与飞行控制系统设计等进行了详细介绍。研究结果对于变体飞机的设计具有一定参考价值。

基于backstepping/RHO的变体飞机控制器设计

为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性,提出了一种并行修正控制器设计方案.采用backstepping方法进行标称控制器设计,提供基本的飞行稳定性和跟踪性能.使用雅可比线性化方法对变体飞机非线性方程进行线性化得到线性化模型,采用基于指令滤波器的滚动时域优化(RHO,Receding Horizon Optimal)方法进行修正控制器设计.在有限时域区间内实时解算修正控制量,对标称控制器进行补偿.从航迹角控制系统仿真结果可以看出,航迹角能够较好地跟踪指令信号,基本不受变体过程的影响,飞行控制系统满足实时性和鲁棒性的要求.

变体飞机的研究进展及其关键技术

简述了变体飞机的发展过程及研究现状,分析了几种典型的变体机翼及其变体方式,提出了发展变体飞机亟待解决的若干关键技术问题,并给出了一些解决问题的方法和途径,最后对变体飞机的未来发展和应用进行了展望。

基于LQ/RHO多回路技术的变体飞机控制器设计

为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性,提出了一种多回路控制器设计方案.采用线性二次(LQ,Linear Quadratic)输出反馈方法进行内回路控制器设计,确保在机翼固定状态下飞行稳定性.在变体过程中,用一不确定项来描述变体过程中存在的干扰噪声和未建模的动态特性.采用基于参考模型的滚动时域优化(RHO,Receding Horizon Optimal)方法进行外回路修正控制器设计.仿真结果表明:实际系统的输出响应较好地跟随参考模型的输出,不受变体速率的影响,满足实时性和鲁棒性的要求.

变体飞机建模及自适应动态面控制

为了描述变体飞机在变体过程中的动态特性,将变体飞机看成一个质点系,对质点系进行受力分析,得到变体飞机的力方程和力矩方程,并推导出一种变后掠翼飞机的纵向运动方程。为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性,提出一种基于动态面的自适应backstepping控制器,通过引入一阶滤波器,避免了传统backstepping设计中的计算膨胀问题。采用径向基(RBF,radial basis function)网络逼近系统不确定项,基于Lyapunov稳定性理论,给出自适应输出反馈控制器和RBF网络权值向量的自适应律,并证明了闭环系统是半全局一致有界。仿真结果表明实际系统的输出响应较好地跟随参考指令,不受变体速率的影响,满足鲁棒性要求。

提高变体飞机风洞测力试验精度的方法研究

变体飞机风洞试验主要测量机翼等变形过程对流场的扰动引起的动态气动力、力矩和力矩操纵效率变化。相对于常规测力试验,由于模型的变体运动导致试验数据精度差。本文对纯机械驱动的变体飞机模型的风洞试验精度的主要影响因素进行了分析,从试验方案、数据采集触发方式和数据处理方法等进行了改进。验证试验表明,试验精度大幅提高,升力系数重复性最大误差约为0.00538,阻力系数重复性最大误差约为0.00098,俯仰力矩系数重复性最大误差约为0.00113,动态试验精度达到常规试验水平。

折叠翼变体飞机的传动机构设计和驱动方式优化分析

变体飞机能够在飞行过程中显著地改变外形和尺寸,从而使单一的飞行器能够实现在起飞、俯冲、巡航等多种飞行状态下都具备优良的飞行性能。折叠翼变体飞机的折叠传动机构对折叠翼的结构动力学和传力特性具有显著的影响。本文设计了一种轴/轴套式的折叠传动机构,利用ANSYS有限元软件建立了有限元网格模型,采用DYNA求解器,详细求解分析了在不同驱动加载方式下折叠翼的动力响应过程和轴/轴套的应力水平。通过对数值计算结果分析,采用软驱动加载的方式可以有效地减小折叠翼传动机构的应力水平。

变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析

绝大多数变体飞机形式都不是"突然出现"的全新概念,而是来源于相关技术在过去近百年里的长期积累。因此,特定变体飞机形式及其技术既可广泛用于与其历史发展密切相关的有人驾驶飞机,也可用于总体特性类似的无人驾驶飞机。本文剖析了部分变体飞机形式的技术发展渊源,分析了变体飞机发展和无人机的关系,并指出了多种变体飞机在具体机型上的应用前景。

伸缩机翼变体飞机气动布局初步研究

针对侦察-打击一体化飞机的性能需求,提出了一种伸缩机翼变体飞机气动布局概念方案,采用气动力计算、风洞试验、缩比飞行模型研究等手段,对其机翼展开与收缩等不同状态的气动特性进行了分析,验证了机翼展开状态升阻比高、续航时间长和机翼收缩状态阻力小、加速冲刺性能好的设计思想。研究结果表明,伸缩机翼变体飞机能够适应侦察-打击一体化飞机的需要,具有广阔的应用前景。

一种变体飞机机翼折叠作动器的优化设计

作动器在变体飞机设计中占有很重要的地位,它要求重量轻,作动力强,安全可靠且适于安装在变体飞机内部。笔者针对折叠机翼变体飞机,设计了一种用于机翼折叠的作动器,并通过改进的遗传算法对其主要参数进行优化,使作动器在满足设计指标的情况下达到质量最轻。根据优化结果,试制出作动器并进行了加载试验,证明了将这种改进的遗传算法应用于该作动器参数优化的可行性与有效性。最后,制作了安装有作动器的全尺寸折叠机翼验证机模型,用来模拟机翼折叠功能,经验证达到了作动器设计指标。

M型机翼变体飞机动力学分析

对变体飞机机翼变形时的飞行动力学响应进行仿真,分析机翼变形诱导出附加力及力矩的影响,为变体飞机飞行控制提供参考依据.基于牛顿欧拉方程,推导出适用于变体飞机的扩展运动方程,方程中增加了4项由于机翼变形而产生的附加力及附加力矩.基于涡格法建立任意机翼构型下气动力求解方法.将变体机翼飞机的动力学建模与仿真分析方法应用于M型机翼变体飞机,对机翼对称及非对称变形下的动力学响应进行分析.结果表明,附加力及附加力矩对变体飞机飞行影响明显.

折叠机翼变体飞机的动力学建模与分析

文章研究了多刚体系统动力学理论应用于折叠机翼变体飞机动力学建模的方法,考虑变体飞机为一个完整的多刚体系统,建立了能够完整描述变形过程的动力学模型。针对对称变形和非对称变形进行了变体飞机的动态变量特性分析,并基于MATLAB-Simulink仿真环境,建立了非线性数值仿真模型。以某型折叠机翼变体飞机为算例进行了仿真,结果表明建模方法正确可行。

基于多元样条函数的变体飞机非对称气动力建模

针对变体飞机在变形过程中气动参数变化剧烈,气动数据模型复杂、高阶且含有强非线性这些特性,提出了一种采用多元样条函数对变体飞机气动参数进行建模和估计的方法,解决了变体飞机非对称变形过程的气动力建模问题。首先给出了基于多元样条函数模型结构的变体飞机气动系数模型,该模型能够描述任意对称和非对称的气动力情况;然后详细介绍了多元单形样条函数参数估计流程并推导了具体公式;最后通过误差分析确定了最终模型结构,并通过坐标转换得到总体坐标系中的气动参数多项式模型。结果表明,该方法无需预知变形相关的气动参数具体模型结构,能够得到准确描述任意对称和非对称变形状态下的变体飞机气动力模型。

折叠机翼变体飞机非对称变形控制效率分析

折叠机翼变体飞机变形量大,变形引起的气动参数变化显著,提出一种将非对称变形作为操纵输入的控制方案,研究非对称变形的控制效率和有效区间。首先建立能够完整描述变形过程的非线性动力学方程和气动力模型;然后基于非对称变形控制方法建立一种非对称变形操纵模型;最后通过与常规操纵面效率对比和仿真的动态响应总结出非对称变形操纵的最大变形操纵有效区间。结果表明:在较低飞行速度下非对称变形操纵效率高,非对称变形操纵能够在基准折叠角度90°附近提供最高的滚转操纵效率。

伸缩机翼变体飞机气动特性研究

伸缩机翼变体飞机通过机翼伸缩调整机翼展长,从而改变机翼面积和展弦比,改变飞机的气动布局和机翼的气动特性,满足多任务点的设计要求。简要介绍伸缩机翼变体飞机的发展历史,重点研究一种采用伸缩机翼设计的超音速飞机的气动特性变化。研究结果表明:亚音速时机翼展长伸长,展弦比增大,飞机诱导阻力降低,升阻比提高,可以明显提高飞机的航程;超音速时机翼展长缩短,展弦比减小,飞机的波阻降低,升阻比增大,提高了超音速飞行性能。伸缩机翼概念用于超音速飞机设计时能很好地兼顾亚音速巡航和超音速冲刺。

变体飞机技术

论述了变体飞机的发展过程及研究现状,阐述了变体飞机的基本原理以及关键技术难点,分析了几种典型的变体机翼及其变体方式,并对变体飞机的未来发展和应用进行了展望。

一种基于RBFNN的变体飞机高精度自适应反步控制方法

针对变体飞机非线性模型的不确定性问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural networks,RBFNN)的高精度自适应反步控制方法。首先,在变体飞机静态和动态气动参数分析的基础上,运用传统反步法设计了非线性控制律,并引入径向基神经网络在线逼近系统的不确定项,提高系统鲁棒性;并设计鲁棒项消除径向基神经网络带来的逼近误差。其次,通过对虚拟控制变量进行求导项设计微分跟踪器,解决了传统反步法中存在的“微分膨胀”问题。通过Lyapunov稳定性分析,证明该方法能保证闭环系统跟踪误差最终收敛且一致有界。最后,基于Matlab/Simulink搭建了变体飞机的数字仿真模型,并与常规反步法进行了对比分析,仿真结果表明该方法具有控制精度高、鲁棒性强的特点。