殲擊機(jī)過失速機(jī)動(dòng)邊界判定與保護(hù)控制.pdf

1、隨著現(xiàn)代空戰(zhàn)理念的不斷革新，殲擊機(jī)過失速機(jī)動(dòng)已成為新一代戰(zhàn)機(jī)的核心技術(shù)，同時(shí)，過失速機(jī)動(dòng)的安全問題也成為一個(gè)值得深入研究的重點(diǎn)問題。過失速機(jī)動(dòng)的安全問題與過失速機(jī)動(dòng)能力有著密切的聯(lián)系，定量給出當(dāng)前狀態(tài)下的機(jī)動(dòng)能力邊界值，并在飛行過程中合理選擇相應(yīng)狀態(tài)變量加以約束，對于保證過失速機(jī)動(dòng)的安全性與機(jī)動(dòng)的完成，實(shí)現(xiàn)駕駛員的“無憂慮”操縱有著重要意義。因此，先進(jìn)殲擊機(jī)飛行邊界判定和邊界保護(hù)的研究是一項(xiàng)具有前沿性與挑戰(zhàn)性的課題。本文針對這一問題，基

2、于殲擊機(jī)氣動(dòng)模型，提出飛行邊界的判定方法，并以過失速繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)與俯仰滾轉(zhuǎn)耦合機(jī)動(dòng)為例對邊界進(jìn)行邊界判定與分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)過失速繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)邊界保護(hù)控制系統(tǒng)。
　　本研究首先結(jié)合非定常氣動(dòng)力研究成果，建立先進(jìn)殲擊機(jī)非線性數(shù)學(xué)性模型，并對模型的結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、飛行開環(huán)零輸入響應(yīng)及耦合特性進(jìn)行分析，為后續(xù)過失速機(jī)動(dòng)邊界判定及邊界保護(hù)研究打下基礎(chǔ)。其次，分析經(jīng)典動(dòng)態(tài)逆控制律在過失速繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)中的失控過程，引出邊界

3、判定與保護(hù)控制。基于先進(jìn)民用飛機(jī)飛行邊界的判定思想，對傳統(tǒng)殲擊機(jī)飛行包線的定義進(jìn)行拓展，給出了動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)邊界定義及具有普適意義的邊界算法。同時(shí)針對過失速機(jī)動(dòng)動(dòng)態(tài)邊界，借助可達(dá)平衡集的機(jī)動(dòng)能力評價(jià)方法給出失控判定準(zhǔn)則，總結(jié)出過失速機(jī)動(dòng)動(dòng)態(tài)邊界即狀態(tài)受約束下的機(jī)動(dòng)能力。然后，根據(jù)提出的失控判定準(zhǔn)則得到狀態(tài)約束，借助動(dòng)態(tài)配平思想與可達(dá)平衡集方法，對過失速機(jī)動(dòng)中的繞速度矢量軸滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)與俯仰滾轉(zhuǎn)耦合機(jī)動(dòng)的邊界進(jìn)行有限元計(jì)算和分析，并結(jié)合飛機(jī)耦合特性

4、對求得邊界的正確性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)理驗(yàn)證。另外以深失速為例，針對過失速機(jī)動(dòng)中的危險(xiǎn)狀態(tài)，把借助可達(dá)集方法計(jì)算出的危險(xiǎn)狀態(tài)收斂域作為邊界。最后，對邊界保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并將問題分為三部分，即角速度環(huán)控制器設(shè)計(jì)，姿態(tài)環(huán)控制器設(shè)計(jì)與邊界保護(hù)控制器設(shè)計(jì)。在保護(hù)控制中綜合采用指令約束與狀態(tài)受約束控制的復(fù)合保護(hù)方法，并將狀態(tài)受約束控制律與內(nèi)環(huán)控制律進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，采用基于反饋線性化的魯棒模型預(yù)測控制律，并以三類典型過失速機(jī)動(dòng)對設(shè)計(jì)的控制算法的可行性