【摘 要】
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飞翼布局由于具有高升阻比、大航程、良好的隐身性能等优点,成为下一代飞行器重点研究的气动布局方案。飞行稳定性和操作性始终是制约其发展的主要障碍,推力矢量则是一种值得考虑的解决方式。本文针对带推力矢量的飞翼布局飞机的控制技术,以水平风洞模型飞行试验为背景,提出了一种基于动态逆的控制律设计方法。本文首先建立了六自由度的飞机动力学与运动学模型,确定了气动舵面的组合和操纵方式,建立了推力矢量模型,并基于风洞
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飞翼布局由于具有高升阻比、大航程、良好的隐身性能等优点,成为下一代飞行器重点研究的气动布局方案。飞行稳定性和操作性始终是制约其发展的主要障碍,推力矢量则是一种值得考虑的解决方式。本文针对带推力矢量的飞翼布局飞机的控制技术,以水平风洞模型飞行试验为背景,提出了一种基于动态逆的控制律设计方法。本文首先建立了六自由度的飞机动力学与运动学模型,确定了气动舵面的组合和操纵方式,建立了推力矢量模型,并基于风洞试验数据,分析了飞机的气动特性和操纵特性,指出了其反映在飞行控制上的关键问题。其次,本文结合动态逆技术和过驱动系统的控制特点,提出了带推力矢量的飞翼布局飞机控制律的总体结构与设计方案,在控制与分配、内回路快变量与外回路慢变量和纵向控制律与横航向控制律三个方面进行了分层处理,并在此基础上完成了控制律的设计。此外,为了提高系统鲁棒性,在纵向控制律中引入了角加速度反馈,在横航向控制律中构造了一种非线性干扰观测器。通过数学仿真验证了所设计的控制律具有良好的控制性能,并且推力矢量能够明显改善飞翼布局飞机的控制特性。随后,本文分别研究了控制系统和广义逆类算法的转矩可达集,指出广义逆类分配法由于在解算时未考虑舵面约束,无法做到对多操纵面飞机控制能力的完全利用。针对这一问题,本文提出了一种基于线性规划的分配算法,通过数学仿真验证其可以对系统的转矩可达集进行完全分配,但这种分配方法也带来操纵面振荡和多余舵偏等问题。因此,本文在线性规划的基础上又进行了一步二次规划,通过仿真验证了这种基于两步数学规划的分配方法,不仅可以考虑舵面的约束,并且舵面偏转指令更加合理、平滑,同时具有广义逆和线性规划两者的优点。最后,本文进行了飞翼模型的风洞虚拟飞试验。由于虚拟飞为三自由度飞行试验,发动机位置用于连接支杆,因此模型取消了动力装置,相应的控制律也取消了推力矢量部分,此时控制维度降低,各种分配方法结果相同,采用广义逆法即可。虚拟飞试验可以初步验证控制律,把握飞机控制边界,为之后的六自由度的自由飞试验打下基础。
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