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基于前馈控制的民用飞机阵风载荷减缓技术研究

秦先学  
【摘要】:大型客机在遭遇阵风时,会对飞机的乘坐品质以及驾驶员的操纵造成一定的影响,甚至可能成为结构的临界载荷,从而对结构重量产生不利影响。目前,一些先进民机采用阵风载荷减缓系统对阵风载荷进行主动控制,而由于阵风载荷减缓技术涉及气动、结构以及飞行控制等多个专业,使得阵风载荷减缓问题成为一个高动态系统的气动伺服弹性问题。但目前,国内外研究现状大多采用反馈闭环控制策略,而在实际工程设计中,系统的实现还受到许多约束条件的限制,由于负反馈控制的特点,常常对系统的性能有较高的要求,从而导致系统实现的重量代价过大。而现代大型民机都是基于“无罚重设计”的理念,需要在不增加飞机重量的前提下去实现阵风载荷减缓的功能,这就需要采用一种更优的前馈控制方案,以降低对系统性能的需求。首先,本文采用有限元和偶极子网格方法建立气动弹性模型,并分析其实际工程中典型的系统性能限制及其影响,捕获其主要的系统性能需求,包括操纵系统的舵偏权限、速率限制以及系统所允许的最大延迟时间限制。其次,根据机载设备探测的阵风信息,以翼尖加速度、翼根弯矩和扭矩作为阵风减缓指标,设计了阵风预测以及自适应前馈控制方案,从而弥补传统反馈控制中的不足。最后,考虑典型的三类系统性能限制,通过数值仿真对比分析其阵风减缓效率的敏感性。研究结果表明,系统性能需求的限制因素对阵风减缓效果具有显著影响,利用前方阵风探测信息设计的自适应前馈控制方案具备更好的阵风减缓效果,能够有效降低对操纵系统的性能指标需求。本文通过对阵风载荷减缓系统的对典型系统性能要求进行分析,可以为阵风载荷减缓系统的设计提供参考;通过研究新的阵风感知方式,获取阵风信息,设计自适应前馈控制方案,为基于前馈控制的阵风载荷减缓系统设计提供指导,并为捕获阵风载荷减缓系统对操纵系统的性能需求分析方法提供支持。


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