文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
总体设计中的飞控系统控制律设计与评估研究
姓名:刘艳
申请学位级别:硕士
专业:交通运输规划与管理
指导教师:高正红
20060301
摘要本文提供了一种面向对象的飞控系统仿真方法。飞控系统对飞机总体布局的影响越来越大,为了设计出具有期望性能与品质的飞机,需要在飞机的总体设计阶段就考虑飞控系统控制律。本文从总体设计的角度,对飞控系统控制律设计与评估方法进行了初步的探讨。其目的,就是为目前缺乏飞控系统控制律设计与评估能力的国内总体设计部门提供参考。,提出了飞控系统控制律的设计要求。通过分析控制律结构、设计方法以及系统调参方法,建立了能够反映现代战斗机飞行控制系统主要功能的控制律设计方法。并以某典型的第三代战斗机为算例,采用输出反馈最优二次型方法对其控制律进行了设计,神经网络对控制参数进行了系统调参。其次,通过分析飞控系统各环节对飞机动态特性的影响,建立了能够反映飞控系统主要功能的简化飞控系统模型。为了实现可视化的建模及高效率的仿真,然后,从飞行品质和敏捷性两方面,建立了飞控系统控制律的评估方法。其中,飞行品质的评估采用了等效系统拟配与驾驶员操纵评分两种方式,试飞的动作与状态由飞行品质的要求确定。敏捷性的评估采用的是模拟试飞的方式,模拟试飞的敏捷性尺度为与飞控系统有直接关系的尺度。最后,对算例中所设计的控制律进行了评估,评估结果表明,采用新控制律飞机的飞行品质与敏捷性比原飞机的好,既明这种控制律设计方法是有效的。关键词:飞行控制系统,控制律,总体设计,飞行品质,敏捷性
,—瑃瑆,’瓵;.,甀,.甌籺瓵—甌,,
第滦髀飞行控制系统对总体设计的影响总体设计的作用是对飞行控制系统、气动力、结构和发动机这四大因素进行协调。因此,从总体设计角度建立的飞行控制系统控制律设计与评估方法,,有利随着战场环境、作战任务及方式的改变,现代空战对战斗机各种飞行性能的要求不断增加与提高,飞行包线也在不断扩展。飞机各子系统的复杂程度及任务的多样化,也使得驾驶员的负担日益增加。为了解决上述问题,即为了能够设计出具有期望飞行性能的飞机,保证所有飞行状念下的飞行品质并减轻驾驶员的负担,必须在飞机上安装飞行控制系统。传统的飞机设计方法是根据任务需求,在总体布局设计时,主要考虑气动力、结构与发动机三大因素,通过三者之间进行协调以满足任务要求。飞行控制系统与其它的子系统一样,是在飞机构型确定之后进行设计的,只能起到被动补偿作用,对飞机的总体布局没有直接影响。随着飞机的任务要求越来越高,仅靠气动力、结构与发动机这三大因素之间的协调已很难满足任务要求。如果在飞机设计的初始阶段就考虑飞行控制系统,使之成为总体布局设计中第四大因素,即所谓的主动控制技术,则可在传统的三大因素发生矛盾时起积极的协调作用。例如,为了提高升力,要求大的机翼面积,这样会增加重量和阻力,从而要求更大的发动机推力,这一矛盾可以通过放宽静稳定度解决。由此可见,如果在飞机设计的初始阶段就考虑飞行控制系统,飞行控制系统可以对飞机的总体布局产生很大的积极影响。因此,为了设计出具有期望飞行性能的飞机,保证所有飞行状态下的飞行品质并减轻驾驶员的负担,需要在飞机设计的初始阶段就考虑飞行控制系统。这就要求总体设计部门也具有一定的飞行控制系统控制律设计和评估能力。体现飞行控制系统的主要功能,即飞行控制系统对飞机性能、品质的影响。目前,国内的总体设计多数仍以传统的气动力、结构和发动机三大因素协调为主,飞控系统设计与总体设计分属两个不同的部门。总体设计部门缺乏对飞行控制系统控制律设计与评估的能力,因此,在飞机总体设计过程中,难以将飞行控制系统作为一个重要因素,与气动力、结构和发动机等部分进行充分协调。因于飞机从总体概念设计开始,就能充分协调其影响飞机性能和飞行品质的四大重西北工业大学硕士学位论文
⒄年出现了世界上第一套自动驾驶仪。间的飞行任务和增加轰炸瞄准的精度,自动驾驶仪成了飞机的重要装备。随着飞避系统也开始出现。在这段时间,以机械操纵系统为主体的飞机飞行控制系统发要因素,这对提高飞机设计质量和设计效率是非常必要的。飞行控制技术及飞行控制系统的应用,是与飞机设计同时发展的。飞机设计、飞机设计技术同飞行控制系统设计、飞行控制技术的发展,是相互促进、相伴而行的。早期的飞机速度低、航程短,飞机的尺寸也小,驾驶员的体力和脑力完全能够承受飞彳亍工作负荷,因此那时的舵面操纵均由驾驶员完成。为了减轻工作负担,二战期间,飞机的速度和航程相对早期飞机都有了明显提高。为了执行长时行速度的提高,人力操纵舵面开