针对存在舵机时滞环节的气动伺服弹性系统,提出基于Padé近似和线性二次高斯(LQG)控制的阵风减缓主动控制律设计方法。利用Padé近似将舵机中的时滞环节线性化为一个高阶传递函数并引入气动弹性模型,建立线性的阵风减缓受控模型;利用LQG控制方法对线性化模型设计阵风减缓主动控制系统,并采用平衡截断法对所设计的控制系统进行降阶;利用Simulink将所设计的控制系统引入非线性模型中,得到von Karman连续阵风激励情况下系统的开/闭环响应情况。计算结果表明:根据所提方法设计的阵风减缓主动控制律能有效降低原气动伺服弹性系统的阵风响应,对研究对象机身过载的抑制在15%左右,而对翼根弯矩的抑制达到25%以上。

随着空空导弹长细比的增加,导弹的弹性特性逐渐凸显,随之带来的气动伺服弹性问题也越来越受到研究人员的关注。有研究表明串联在反馈通道上的陷波器能够有效解决机械系统弹性振动带来的伺服问题,但传统的固定极点式陷波器无法解决导弹飞行过程中振动频率变化的问题。因此,本文提出一种新的自适应陷波器的设计方法,通过反馈测量信号对弹性振动频率进行实时估计更新,从而改变陷波器的陷波频率。仿真结果表明,提出的自适应陷波器设计方法能够有效滤除空空导弹过载跟踪控制时产生的振动信号,避免了气动伺服弹性问题的发生,实现纵向加速度的稳定快速跟踪。

目的对电传飞机典型的异常振动问题进行研究,形成电传飞机异常振动的诊断和处置技术。方法首先对气动伺服弹性问题的基本原理和气动伺服弹性失稳可能引发的危害进行简要的介绍。然后对某电传飞机试飞过程中出现的异常振动现象进行详细描述,通过不同类型数据的对比分析,对该异常振动问题进行准确定位和诊断,进而给出相应的应对措施。最后通过正式的飞行试验对处置措施的准确性进行验证。结果经过对异常振动问题的处理与分析,明确了该异常振动发生的根本原因,通过处置措施的有效落实,已顺利完成该型机的颤振/ASE飞行试验工作。结论通过本文的异常振动处置方法的研究,为以后类似问题的准确诊断和处置提供了有益的参考和借鉴。

针对某电传直升机结构动力学稳定性试飞中的激励需求,通过参考固定翼电传飞机颤振激励系统的设计及激励实现原理,结合直升机特殊激励接口、旋翼运动和舵机控制耦合方程,设计出合理的激励方案。同时通过不同试飞科目需求的激励信号设计及实时激励任务中信号切除工作逻辑设计,提高了激励实施的适用性和飞行试验的安全性。最后通过某型直升机的气动伺服弹性稳定性试飞的工程应用验证了该激励技术的有效性。

颤振是一种危险的气动弹性失稳形式,舵机动刚度对舵系统的颤振特性具有不可忽视的影响,因此舵机的精确建模与仿真分析十分有必要。针对此问题,提出了一种电动舵机模块化建模方法及动刚度计算机模拟方法。以"直流电机-减速齿轮-滚珠丝杠-拨叉副"典型结构的电动伺服舵机为对象,将其分解为具备核心功能的子模块,充分考虑了实际结构中可能出现的主要非线性因素,再根据子模块之间的连接关系来搭建整体的舵机模型。基于该舵机模型,提出了利用步进正弦扫频信号激励、最小二乘法数据处理得到动刚度的计算方法,并以某舵机为算例,开展了舵机主要线性参数及非线性因素对舵机动刚度影响的研究。电动舵机模块化建模方法通用性好,便于不同舵机的拓展。电机转子阻尼、减速器的传动比以及输出轴处的阻尼对舵机的动刚度影响很大,间隙、接触刚...

基于鲁棒控制理论,针对弹性体导弹气动伺服弹性问题开展控制系统研究,通过建立导弹刚性弹性耦合全参数不确定性模型,在传统三回路控制结构的基础上设计了μ综合鲁棒控制系统。频域分析表明所设计的控制系统具有强鲁棒性,足以应对弹性体导弹的强不确定性。时域仿真结果表明,μ综合鲁棒控制系统在保证时域指标的同时,相比于经典PID控制系统,弹体一阶振动幅值约为其10%,衰减时间缩短至约0.5 s,有效抑制了弹体的弹性振动。

阵风响应计算及阵风减缓控制系统设计是飞行器气动弹性分析中的重要内容。基于状态空间涡格法(VLM)建立飞行器阵风气动力模型,给出有限元结构模态及控制面模态广义自由度与涡格法控制点边界条件的插值关系,建立适用于复杂模型的阵风响应分析方法,弥补了传统阵风响应分析方法需要进行有理函数拟合或迭代计算资源消耗大等不足。在此基础上,基于经典PID控制方法设计阵风减缓控制系统,仿真得到离散阵风及von Karman连续阵风激励下的系统开/闭环时域响应情况,对比响应幅值计算减缓率。仿真计算结果表明根据所提方法建立的阵风响应分析方法准确,阵风减缓控制系统能有效降低原气动弹性系统的阵风响应。

气动伺服弹性地面模拟试验是近年发展出的一种新型气动弹性地面试验技术,其中的一个关键问题就是非定常气动力的缩聚,即将飞行器所受的分布式气动载荷缩聚为少数几个集中载荷。传统缩聚方法以简单的力、力矩平衡准则对分布力进行处理,或者是通过求解静不定问题,把支反力作为缩聚力,均存在一些缺点。本文提出一种基于一维样条插值的细长体分布式载荷缩聚方法,采用关键模态相似准则来优化缩聚点位置,以达到细长体在缩聚点集中式载荷作用下的动响应与分布式载荷作用下的动响应最为接近的效果。利用简支梁、悬臂梁两个算例验证了所提出的分布式载荷缩聚方法的精度,并将该方法应用于一个细长体导弹的气动伺服弹性地面模拟中。数值仿真表明,所提方法能够快速准确将导弹的非定常气动力缩聚成实时的集中力,满足气动伺服弹性地面模...

为提高民用飞机气动伺服弹性试飞仿真预测能力,实现高效安全的民用飞机气动伺服弹性试飞。在民用飞机气动伺服弹性试飞方法的基础上,提出民用飞机气动伺服弹性试飞激励响应仿真方法。该方法以民用飞机全机动力学有限元模型为基础,建立带飞行控制律的飞机气动伺服弹性模型,通过副翼、升降舵和方向舵的激励分别实现对飞机的激励响应仿真,得到飞机结构响应量值。为进一步验证该方法的可行性,进行某民用飞机副翼脉冲激励响应仿真,并将仿真响应结果与试飞结果对比,响应幅值相差15.3%,满足工程要求。民用飞机气动伺服弹性试飞仿真很好地预测试飞激励的飞机响应,为试飞激励信号的优化以及结构响应的评估提供技术参考。

为抑制弹体弹性振动引起的控制系统品质恶化,建立了高精度弹性动态模型,采用模态自适应结构滤波技术,在极点配置优化控制参数的基础上,设计了滑模变结构策略,对局部增益进行自适应切换,实现了弹性导弹全包线鲁棒稳定。通过开发弹性弹体非线性集成仿真系统,为导弹气动伺服弹性振荡及失稳现象提供了数字仿真预测与复现手段,以全面验证飞行控制系统的综合性能。高空弹道试验与数字仿真结果表明,开发的非线性仿真系统可信度较高,滑模变结构策略设计合理,控制系统鲁棒性较强,能够抑制包括弹性振动在内的多种不确定性影响。