弹性飞机阵风减缓控制与风洞试验方法研究

admin · 发表于 2022-8-30 21:14:03

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飞机穿越阵风区域时会发生紊流颠簸，紊流颠簸会影响飞机的操纵品质、乘座品质，增加翼根弯矩、缩短结构的疲劳寿命。随着航空科学技术的发展，飞机的气动弹性效应越发明显，由此导致阵风不仅使飞机作刚体运动，还会引起飞机的结构弹性振动。仅仅将飞机视作刚体进行阵风响应计算已无法满足计算的准确性和工程的需要。故合理确定阵风载荷，减小阵风引起的附加载荷对于确保飞机的安全性、舒适性以及经济性具有重要意义。本文围绕弹性飞机进行阵风响应建模、阵风减缓控制方案设计以及阵风减缓风洞试验方法的研究。基于阵风减缓研究的本质，本文工作包含以下四部分内容：(1) 气动伺服弹性系统阵风响应建模方法气动伺服弹性系统阵风响应建模是阵风减缓控制方案研究的基础。这里，围绕弹性机翼和弹性飞机，建立阵风响应和载荷计算方法体系。从频域和时域角度进行连续阵风响应建模。从时域角度进行离散阵风响应建模。该部分工作为阵风减缓控制方案设计以及低速风洞试验方法研究提供理论计算的支持。(2) 弹性机翼阵风减缓主动控制及其低速风洞试验方法研究设计弹性机翼风洞试验模型，研究弹性机翼阵风减缓低速风洞试验方法。基于气动伺服弹性系统阵风响应建模方法进行阵风响应计算，采用经典控制理论设计阵风减缓控制律并完成低速风洞试验。理论计算和风洞试验结果均表明，针对该模型设计的阵风减缓控制律能够有效抑制弹性机翼翼尖过载响应和翼根弯矩载荷。该试验为弹性飞机全机阵风减缓低速风洞试验的开展奠定了基础。(3) 弹性飞机全机阵风减缓控制方案及其低速风洞试验方法研究设计弹性飞机阵风减缓风洞试验模型，研究弹性飞机阵风减缓风洞试验方法。围绕风洞试验模型采用时域阵风响应建模方法进行阵风响应和载荷计算，设计该模型的阵风减缓控制方案并完成低速风洞试验。相关结果表明，针对该模型设计的阵风减缓控制方案能够有效地抑制弹性飞机的机身过载响应、翼尖过载响应和翼根弯矩载荷。(4) 阵风减缓方法在工程算例中的应用基于阵风响应建模方法、阵风减缓控制系统设计以及相关风洞试验工作，针对某大型飞机机翼计算阵风响应，采用经典控制理论和最优控制理论设计阵风减缓控制律。针对某大型飞机计算阵风响应并研究对比了三种阵风减缓控制方案的效果。两算例的计算结果均表明，设计的阵风减缓控制方案能够有效抑制阵风引起的附加载荷。阵风减缓控制方案及计算结果对阵风减缓方法在我国大型飞机上的应用可提供参考。

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