垂直/短距起降飞机非线性动力学建模与仿真

垂直/短距起降(V/STOL)飞机具有广泛而高效的军事应用前景.为研究V/STOL飞机复杂的飞行控制问题,需要建立能够准确反映其动态特性且可用于飞行仿真的动力学模型.综合考虑V/STOL飞机的多进气道气流量变化、大迎角非线性和迟滞非定常特性、地面效应和喷气诱导效应等因素的影响,利用线性叠加原理并结合机理建模与经验公式,建立了全面的推进/气动力与力矩模型;在此基础上,基于刚体动力学和运动学原理,推导得到了V/STOL飞机的全状态六自由度非线性数学模型;最后,仿真分析了V/STOL飞机的地面效应和喷气诱导效应引起的动力学变化及其三角翼非定常动力学特性.结果表明:地面效应对V/STOL飞机动力学的影响可以忽略,而近地飞行时的喷气诱导效应会导致较大的升力损失,离地越近损失越大;V/STOL飞机的非定常动力学源于飞机迎角变化所引起的气动力滞环效应,且迎角越大、空速越小,滞环效应越显著,非定常动力学特性越强.所建模型物理意义明确、计算方便,能够较为准确地反映V/STOL飞机的动力学特性,可为其不同飞行模式下的模型简化应用和飞控系统设计提供帮助.

双发布局短距/垂直起降飞机外流气动特性研究

针对YAK-141和F-35B两种不同推进系统构型的短距/垂直起降飞机,利用流场仿真软件,研究了双发布局短距/垂直起降飞机,分别采用升力发动机+转向喷管和升力风扇+转向喷管推进系统构型时,飞机短距/垂直起降工况下的外流气动特性,包括高温燃气回吸、地面效应和环境影响等。结果表明,升力风扇+转向喷管推进系统构型的短距/垂直起降飞机,在高温燃气回吸和环境影响等方面具有一定的优越性;不同推进系统构型的短距/垂直起降飞机,在短距/垂直起降时存在不同的喷泉流,其位置和气动特性对机身下表面的温度和压力分布有影响。

空军将研制短距起落演示机

美空军飞行动力实验室就研制短距起落和机动技术演示机发出招标。 这项计划的目的是制造一种能在各种气候条件下在1,500英尺以内的距离上起落的超音速试验飞机。采用这种技术后,美国的战斗机就可以在遭到炸弹严重破坏的跑道和欧洲的一些短跑道上起落。计划负责人David Selegan说,整个计划的目的是在不降低战斗机性能的情况下,即不丧失飞机“机动”能力的情况下提供短距起落技术。 预定在8月中旬签订合同,这项预研计划将在1988年完成,试验飞机的首次飞行试验将在1987财年进行。

基于高阶LADRC的V/STOL飞机悬停/平移模式鲁棒协调解耦控制

针对垂直/短距起降(V/STOL)飞机在悬停/平移模式下存在的动力学耦合、推力矢量控制冗余以及易受扰动风影响的问题,提出了一种基于高阶线性自抗扰控制(LADRC)的鲁棒协调解耦控制方法。首先根据V/STOL飞机的概念方案,建立了推力矢量模型和扰动风影响下的非线性悬停/平移运动模型。然后在此基础上,给出了该模式下位置和姿态的协调控制策略,据此通过控制量变换设计了六通道的自抗扰解耦控制律,其中利用LADRC对总扰动的实时估计补偿能力避免了多推力矢量的冗余控制。仿真比较结果验证了LADRC对悬停/平移模式控制的有效性以及对飞机内部参数摄动和外界突风干扰的鲁棒性。

基于LADRC的舰载V/STOL飞机短距起飞性能优化

针对垂直/短距起降(V/STOL)飞机在有限的甲板上实施滑跑起飞以及离舰后快速、稳定爬升的实际需要,对其整个过程进行操控优化以提升短距起飞性能。建立了反映多推力矢量操纵特性的非线性动力学模型,其中包含了地面效应模型和V/STOL飞机特有的喷气诱导效应模型。分别以舰面滑跑距离最短和离舰后增速时间最短为优化指标,给出了舰面滑跑和离舰初期的预置多推力偏转方案。在此基础上,提出了一种线性自抗扰反演(LADRC-Backstepping)控制方法,以实现对爬升角不确定非仿射系统的有效控制,其中设计了一种辅助补偿系统来拟制控制量的饱和,同时保证了爬升角跟踪误差的有界性;直接利用一种高阶LADRC方法设计了俯仰角控制器,确保了V/STOL飞机最终以稳定的姿态爬升。仿真结果表明,所提出的'二次预置多推力偏转角+爬升角控制+俯仰角控制'的分段优化操控策略,能够较好地提升V/STOL飞机的短距起飞性能,对内部不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性,可满足实际飞行任务的需要。

基于增量动态逆的V/STOL飞机悬停段控制

针对垂直/短距起降飞机在悬停段存在的动力学耦合、推力矢量控制冗余以及易受风干扰的问题,提出了一种基于增量非线性动态逆的协调解耦控制方法。首先,根据垂直/短距起降飞机概念方案,建立了推力矢量模型和悬停段的飞机六自由度非线性模型。然后,根据时标分离原则,对不同时间尺度的子系统使用增量非线性动态逆方法设计了控制律。对于推力矢量控制冗余,采用改进的自适应粒子群算法进行控制分配。仿真结果验证了方法的有效性,以及对飞机参数摄动和风干扰的鲁棒性。

方寸上的航空母舰(二)

三、现代化阶段 第二次世界大战后,美、英两国一些老旧航母退役, 并对其中一部分进行现代化改装,另一些或转让、或租 赁、或出售。如1947年6月美国的SCB-27A方案对9 艘航母进行现代化改装。而英国则将"巨人"号航母出售 给法国,法国改名为"阿罗芒什"号航母;同时,美国也向 法国提供了两艘退役的"贝莱奥"号和"拉斐特"号航母。