弹性飞机飞行品质分析及阵风减缓方案设计

摘要

本文研究了具有弹性变形效应飞机的飞行品质评估和阵风减缓控制律设计问题。现代先进飞机为提高飞行性能,正逐步使用轻质的新型复合材料降低机体结构重量,导致飞机尤其是机翼的柔性增加,结构模态频率降低,引起机体运动与结构运动之间的动态耦合。这一方面使得飞行品质的评估不同于常规飞机,另一方面也使得考虑阵风减缓的控制律设计变得更加复杂。本文首先选取了两种可以反映弹性变形效应的飞行品质评估指标,分别是CAP指标和TDNS准则,对这两种评估指标进行了对比分析。其次,对弹性变形进行不同程度的简化处理,建立了算例弹性飞机三种纵向飞行动力学模型,包括忽略弹性模态的刚体模型、基于准静弹假设的静弹模型及包含弹性模态的动弹模型,在此基础上采用上述两种指标计算对比了不同模型间飞行品质的差异,并分析了结合初步控制律的闭环系统飞行品质。然后,对飞机在阵风下的响应分析和阵风载荷工程计算进行了一定研究。最后,采用基于LMI的H2/H∞状态反馈和H∞输出反馈控制器,针对刚体模型和动弹模型进行了阵风减缓方案设计。
　　研究结果表明:CAP指标可以反映静弹变形对飞行品质的影响,而时域Neal-Smith准则能够较全面、准确评估弹性飞机的飞行品质;相比于H2/H∞状态反馈,H∞输出反馈由于没有阵风模型的限制而具有一定优越性;对于弹性飞机,飞行品质方面,需考虑弹性变形的的动态影响;阵风减缓方面,同样有必要针对动弹模型开展控制律设计。

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缩略词

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 本文主要的研究工作和内容安排

第二章 弹性飞机飞行品质指标研究

2.1 指标选取

2.2 指标对比

2.3 本章小结

第三章 弹性飞机飞行品质评估

3.1 弹性飞行动力学建模

3.2 纵向运动特性的频域分析

3.3 CAP指标评估

3.4 TDNS准则评估

3.5 本章小结

第四章 弹性飞机阵风响应分析

4.1 阵风作用下飞机的运动方程

4.2 大气紊流下的响应频谱和方差

4.3 算例分析

第五章 弹性飞机阵风载荷计算

5.1 离散阵风

5.2 连续紊流

第六章 弹性飞机阵风减缓方案

6.1 线性矩阵不等式

6.2 H∞控制

6.3 H2/H∞控制

6.4 刚体飞机阵风减缓

6.5 弹性飞机阵风减缓

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文