柔性飞机机动载荷分析与控制

admin · 发表于 2024-2-3 20:02:33

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一直以来，飞机的机动性能作为反映飞机作战能力的重要性能，为飞机设计者所关注。现代战争作战强度大、物资消耗大、时效性要求高，对飞机性能提出了更高的要求，因此有必要对机动性能进行分析与改进以适应现代战争的需要。而飞机机动过程中产生附加的机动载荷，因此对飞机机动载荷进行分析并控制，减小关键载荷，减轻飞机结构重量，对飞机性能优化具有深远意义。论文的主要工作和结论包括：（1）建立基于刚弹性耦合的柔性飞机气动伺服弹性系统的状态空间模型。基于刚弹性耦合理论和非定常气动力的有理函数拟合，建立柔性飞机的状态空间模型。从模态坐标系的气动弹性运动方程出发，经过非定常气动力的有理函数拟合，得到柔性飞机环节的状态空间模型，再连接控制系统、作动器环节和传感器环节形成气动伺服弹性系统，作为机动载荷分析与控制的平台。（2）建立了柔性飞机纵向和滚转机动载荷分析方法，对某飞机进行了数值计算。基于柔性飞机状态空间模型，进行机动初始状态的配平分析，给定机动输入，通过时间积分求得飞行参数和机动载荷响应历程。结果表明，刚弹性耦合情况的配平结果和开环响应相比于弹性修正和刚体情况，结果更准确，符合实际。得到了机动过程中的载荷变化历程，为实时监测载荷提供了思路和方法。（3）提出了机动载荷控制效果评价指标，分别针对纵向和滚转情况设计了稳态和非稳态机动的机动载荷控制方法。稳态机动的机动载荷控制通过多控制面的优化组合偏转实现载荷减缓的目标函数。结果表明，通过内侧后缘襟翼、副翼和升降舵偏转实现的稳态纵向机动，翼根弯矩减缓最有效；稳态滚转机动的机翼前后缘四个控制面优化偏转时的总铰链力矩最小，载荷减缓收益最大。针对大型飞机和战斗机模型分别设计了非稳态纵向机动和滚转机动的机动载荷控制律，仿真结果表明，在给定的控制效果评价目标下，纵向载荷减缓控制律同时减小了瞬态机动载荷峰值和稳态载荷，滚转载荷减缓控制律减小了翼根和机翼外侧弯矩，有效实现机动载荷减缓，减轻了结构重量。本文设计的机动载荷减缓控制律可为飞机的飞行载荷设计提供依据和思路，实现部分主动弹性机翼设计。

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