基于试飞数据的飞机剧烈抖动问题研究

抖动作为一种常见的不稳定现象,一旦在飞行中出现,将会严重影响飞机的安全性和舒适性。针对某型飞机在执行高速急蹬舵试飞科目中出现的“剧烈抖动”问题,该文从试飞数据入手,分析抖动产生的原因,并分别从静强度、振动、颤振等专业角度评估抖动可能导致的风险。结果表明,抖动是该型飞机的固有特性,不会引起结构破坏或发生颤振,但长时间持续会引起飞行员不适,给飞行安全带来一定隐患,建议在飞行手册中明确并加以注释说明。

小展弦比飞翼布局飞机稳定特性

飞翼布局飞机为改善隐身特性,取消了平尾和垂尾,构型的改变导致其稳定特性与常规飞机有很多不同。针对小展弦比飞翼布局飞机,分别研究其在几种典型飞行状态下的纵向和横航向的静、动稳定特性,通过与常规布局飞机进行对比,着重揭示了飞翼构型参数、飞行状态与其稳定性间的量化规律,并详细分析了这一布局纵向短周期模态及横航向荷兰滚模态发散的具体成因。

重复使用运载器返回段横侧向控制系统

分析了偏航角速率和滚转角速率反馈的开环二次零点和荷兰滚极点在根轨迹上的分布情况,以及零极点相对位置关系对控制的影响,提出用滚转角速率改善荷兰滚稳定性。针对RLV返回段的飞行任务和横航向耦合特性,设计了方向舵控制滚转的方案,避免副翼操纵的不利偏航。仿真结果表明,方向舵控制滚转能有效降低侧滑并能减小控制舵面。

乘波体荷兰滚模态特性研究

乘波体非轴对称、扁平、大长细比的几何外形特点决定了其存在严重的横航向耦合动稳定性问题。目前对乘波体横航向稳定性的研究还相对较少,且一般只针对单一外形,对飞行器设计未能获得有指导意义的定性、定量结论。以幂次乘波体为研究对象,首先引入设计参数kw和φ描述其外形特点,然后结合CFD数值模拟和Kriging代理模型,获得了整个设计参数空间内乘波体的静/动导数,进而通过求解飞行动力学耦合方程特征根获得乘波体的横航向耦合动稳定荷兰滚模态特性。定义了荷兰滚动稳定性导数的概念,推导了荷兰滚阻尼近似表达式,解释了不同攻角下荷兰滚模态发散/收敛的成因,获得了荷兰滚阻尼随设计参数和攻角的分布规律。推导了荷兰滚频率近似表达式,获得了荷兰滚频率随设计参数和攻角的分布规律。

高速无人机横侧向增稳控制设计

高速无人机横侧向转动惯量小,在速度包线范围内横侧向控制参数变化大,高速飞行时会出现荷兰滚模态不稳定的问题。为了改善高速飞行时的荷兰滚模态的稳定性,提出了引入侧滑角反馈与滚转角速度反馈共同构成增稳系统的解决方案,建立了增稳系统的控制模型。运用Simulink软件搭建了仿真模型,仿真结果表明:高速飞行时无人机横侧向控制参数选取合理,引入侧滑角反馈后横侧向稳定性显著提高。该方法能够满足实际工程需求。

侧滑角变化率反馈在高超声速飞行器中的应用

针对高超声速飞行器大马赫数大迎角飞行状态下荷兰滚特性不稳、运动耦合严重的问题,对侧滑角变化率反馈在高超声速飞行器中的应用进行研究。研究侧滑角变化率反馈控制的机理,以横侧向线性小扰动方程为基础,推导侧滑角变化率增稳荷兰滚的机理和侧滑角变化率反馈消除运动耦合的机理,对侧滑角变化率信号作简单分析,并进行相关仿真验证。仿真结果表明:侧滑角变化率反馈能明显改变飞行器荷兰滚阻尼特性,削弱运动耦合的影响,抑制侧滑角的变化,改善侧滑角品质。

基于特征根有界摄动分析的高超声速飞行器双通道控制

针对双通道控制高超声速飞行器横侧向欠驱动、强不确定性的特点,研究了适用于工程应用的控制策略,提出一种基于特征根有界摄动分析的反馈控制鲁棒性分析方法。基于线性化近似分析和工程约束需求,给出了双通道飞行器改善荷兰滚模态动态的2种控制策略,分别为极点配置方案和模态解耦方案。提出了特征根灵敏度矩阵和有界摄动矩阵的概念,用于评估闭环系统对参数不确定的鲁棒性。基于闭环六自由度模型在标称及参数拉偏情况下,对2种方案进行了综合分析和仿真验证。仿真结果表明,2种控制方案均可以解决双通道控制问题,所提特征根有界摄动分析方法可准确评估系统的鲁棒性。

民用飞机横航向增稳系统设计研究

首先论述了增稳系统在大型客机高空、高速运行时的作用;然后介绍了三种横航向增稳控制系统方案,并分别对三种增稳方案的特点进行了描述,提出了在副翼通道中引入滚转角速率、侧滑角、侧向过载反馈以及在方向舵通道中引入偏航角速率、侧向过载、侧滑角反馈的横航向综合增稳控制方案;最后以B707为例设计了横航向增稳控制律,并进行了数字仿真和性能分析。该文对于大型客机型号研制中开展飞行控制系统的控制律设计具有一定的工程借鉴。

高亚声速飞机的偏航阻尼器设计研究

本文针对高亚声速飞机的荷兰滚模态设计要求和改善方法进行了研究,并叙述了飞机荷兰滚模态适航要求和军标要求及其他飞机公司的相关要求。以某高亚声速飞机为例,首先对飞机本体的荷兰滚模态特性进行分析研究,然后通过设计一个偏航阻尼器的来改善飞机的荷兰滚模态特性,并对高阶系统进行拟配降阶的手段,对增加偏航阻尼器后的飞机荷兰滚模态品质进行评估。基于对前人的偏航阻尼器的应用研究,提出了一些在偏航阻尼器实际应用时需要考虑的问题。对于类似荷兰滚模态阻尼低的飞机,本文对偏航阻尼器的设计和应用研究具有一定的参考价值。

提高飞机横侧乘坐品质的最优控制律设计

采用极点配置方法,从满足飞机横侧荷兰滚飞行品质的要求出发,进行最优控制律设计,以提高大型客机横侧的乘坐舒适性。设计过程中,特别考虑了满足飞行品质和舵面偏转的约束问题,并通过具体算例验证了此设计方法,能有效地改善大型客机的乘坐品质。