基于CFD降阶模型的运动阵风减缓控制律设计

摘要

飞行器遭遇大气湍流等阵风作用将导致飞行器结构剧烈振动,影响旅客舒适度,严重的将导致结构破坏.CFD(Computational fluid dynamics)模拟目前广泛应用于飞行器气动分析、优化设计当中.如何将高精度的CFD模型应用于控制设计及阵风减缓中,在工程设计中具有重要意义.对此,本文从非线性流固耦合系统方程出发,通过对流固耦合系统微扰理论而建立考虑阵风影响的气动伺服弹性系统状态空间方程,采用POD(Proper orthogonal decomposition)方法得到最优化基底,将高维状态空间方程投影到POD基底上,从而得到可用于分析设计的低维的降阶系统.提出了一种将运动阵风转化为系统输入的函数表达式,采用CFD方法和降阶模型分析了运动阵风对于气弹响应的影响.根据系统输出反馈,采用LQR控制理论设计了控制率,数值结果表明所建立的低维控制系统可以有效的减缓阵风作用下的结构振动,开环、闭环降阶响应可以较好的与非线性CFD模拟吻合,验证本文所建立的运动阵风气弹控制系统方程的正确性.