文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法研究
姓名:魏中成
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:高正红
20070301
摘要随着现代空战环境对战斗机的性能要求日益提高,传统的飞机设计方法已经难以满足这些要求。通过研究随控布局飞行器拍詈投嘌Э粕杓朴呕砺郏颐翘峁┝艘恢纸饩鏊悸罚航ǚ尚锌刂蒲Э谱酆系椒苫淖芴方案设计与评估中去。为此,本文进行了飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法研究。首先,详细讨论了飞行动力学与控制基本原理,建立了在飞机总体设计过程中,满足飞行动力学与控制综合分析要求的气动数据库。在实际工程设计中,针对飞机总体设计,特别是初步方案设计阶段,飞行控制律还没有设计或者没有设计完全的特点,提出了基于常规控制方法的简化飞行控制律模型和基于非线性动态逆方法的通用飞行控制律模型。其次,用最优二次型跟踪器菹和特征结构配置方法岷较进行简化飞行控制律设计,用二层神经网络方法进行增益调参设计,用等效系统拟配和数值仿真方法对简化飞行控制律进行验证;用非线性动态逆方法进行通用飞行控制律设计,利用时标分离方法将飞机对象的状态变量和本体模型分别进行分组,按组分别设计控制律,用数值仿真方法对其进行验证;给出了用设计好的简化飞行控制律和通用飞行控制律来协调设计飞机总体设计方案的方法。最后,通过一架算例飞机分别验证了简化飞行控制律设计与验证、通用飞行控制律设计与验证和飞机总体方案协调设计方法,验证结果表明本文所建立的飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法是合理、有效、可行的。它还可以为实际的飞行控制系统设计提供参考。关键词:飞机总体设计,飞行控制,最优二次型,特征结构配置,动态逆西北工业大学硕士学位论文
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第滦髀现代空战环境的变化,要求战斗机能够执行多种复杂任务,例如:既要能够对空进行超视距作战和近距空中格斗,又要能够完成低空突防等对地攻击任务。因此,这对飞机的性能要求不断提高,三代战斗机在设计时更加强调飞机的中低空、亚跨音速机动性,四代战斗机在设计时提出了“”指标,即:隐身性能、超视距空战、超音速巡航和过失速机动灿凶柿辖ā岸叹嗥鸾怠卑在内,称为“”T谏杓普庑└咝阅苷蕉坊保低持涞淖酆仙杓埔丫是大势所趋。三代机在设计时要求系统之间进行适当综合,四代机则更需要系统进一步综合。因此,为了适应现代高性能战斗机的设计需求,需要我们在飞机总体设计时,特别是在概念设计阶段,对飞机设计方法进行革新。传统的飞机设计技术“如图歉萑挝褚G螅诜苫芴宸桨柑乇是初步方案设计阶段,在保证总体任务要求的条件下,主要考虑气动力、结构强度和推进装置三大因素,并重点在它们之间进行折中考虑以设计出满足任务要求的飞机总体构型方案。然后再对飞机的各个分系统渲邪ǚ尚锌刂葡统岢錾杓埔G蟆R虼耍杂谠诘谌蕉坊捌湟郧暗姆苫杓浦校浞行控制系统设计通常只是在飞机构型设计完成之后,附加上的飞行性能补偿和飞行品质改善而已,并未考虑飞行控制技术对各项基本设计技术之间的协调作用和提高飞机性能的功能。随着飞机飞行范围ǎ焊叨取⑺俣群陀增加,以及对飞行性能要求的日益提高,传统飞机设计的三项基本技术,已经陷入“相互制约,顾此失彼”的困境,并使所设计飞机潜能的发挥和性能的提高受到限制。例如:为了提供足够的升力以提高飞机的升阻比,要求采用较大面积的机翼,结果便使飞机的重量和阻力增加;为此又要求采用更大推重比的发图传统飞机设计技术图执苫杓萍际西北工业大学硕士学位论文
动机,以增加推力,发动机的重量必然增加;这样飞机的重量又进一步增加,反过来又会影响飞机的升限和机动性,限制飞机性能的进一步提高。为了突破这种困境,在世纪年代后期,在主动控制技术的驱动下,提出了“随控布局飞行器“矗涸诜苫杓剖保梢酝ü敕尚锌刂葡低常峁┦实钡娜斯げ钩ヒ放宽飞机本体静稳定性要求,从而使得飞机可以获得更好的飞行性能。显然,这一概念的提出,也为飞机设计提供了更大的设计空间。另外,飞机设计往往涉及多门学科,而且各学科之间相互作用,相互影响。在传统的飞机设计优化方法中,往往首先进行性能设计优化,然后进行结构、操纵和控制系统设计优化。这种“串行”的设计模式实质上是将同时影响飞机气动、结构、控制等因素人为地割裂开来,并没有充分利用各个学科系统涞南嗷ビ跋於男вΓ锌赡苁ハ低车恼遄钣沤狻这种设计模式,使得设计周期加长,开发成本增加。同时,由于这种方法难以实现各系统所涉及的多学科之间的协调与综合,也影响了设计水平的提高,从而无法满足现代高性能战斗机的设计需要。因此近十多年来发展起来的多学科设计优化这一问题。早期的椒ㄑ簟慷嗍强悸橇舜撤苫杓乒讨械娜笠蛩兀即气动、结构和推进装置,在设计中综合了气动、结构、重量、性