[发明专利]一种主动和被动相结合的固定翼飞机阵风减缓的控制方法

权利要求书

1.一种主动和被动相结合的固定翼飞机阵风减缓的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、针对某固定翼飞机，构建描述机翼变形的动力学建模所需的二维坐标系OZX；

步骤二、将该固定翼飞机的机翼分为内侧机翼和全动翼尖,全动翼尖作为被动阵风减缓装置通过扭转轴与内侧机翼连接；

步骤三、在所建二维坐标系OZX中，将机翼离散化为点梁模型，分别列出固定翼飞机内侧机翼和全动翼尖的振动微分方程；

假设全动翼尖为刚体，振动微分方程如下：

式中：M₁为离散后内侧机翼的广义质量；C₁为离散后内侧机翼的广义阻尼；K₁为离散后内侧机翼的广义刚度矩阵；F_a1为作用在内侧机翼上的广义气动力；F_g1为作用在内侧机翼上的阵风；F_s为内侧机翼的剪力；F_a2为作用在全动翼尖上的气动力；F_g2为作用在全动翼尖上的阵风；m₂为离散后全动翼尖的广义质量；c₂为离散后全动翼尖的广义阻尼；k₂为离散后全动翼尖的广义刚度矩阵；f_s为全动翼尖间的剪力；

步骤四、采用CFD软件仿真计算或实验得到气动力系数矩阵，从而得到作用在飞机内侧机翼上的气动力；同时，计算采用1-cos模型的离散阵风；

气动力F_a1计算公式为：F_a1＝A₁u；

u为飞机控制舵面的输入量，控制输入的舵面包括副翼、襟翼以及升降舵；

A₁为舵面的气动力系数矩阵；

同时阵风采用1-cos模型的离散阵风，该模型中气流速度变化与来流速度垂直，表述为：

U为离散阵风速度；s为阵风在空间上的作用距离，为飞机机翼平均气动弦长；离散阵风的形状由突风尺度H和突风强度U_max决定；

步骤五、将作用在机翼上的气动力，以及阵风的模型代入内侧机翼和全动翼尖的振动微分方程中，消去剪力F_s合并得到整机大矩阵形式的动力学方程；

其中，M为整个飞机的广义质量；C为整个飞机的广义的阻尼；K为整个飞机的广义刚度；F_a为整个飞机上作用的气动力，F_a＝A_u·u,其中，A_u为合并后飞机的气动力矩阵；

F_g为整个飞机上受到的阵风载荷，F_g＝A_g·v_g,v_g为阵风干扰下迎角的增量，tan(v_g)＝U/V；其中V为飞行速度；

步骤六、将动力学方程转化为状态空间形式的飞机阵风响应动力学方程，以便于采用现代控制方法进行控制器设计；

状态空间形式为：A，B为飞机阵风响应动力学方程(3)中的矩阵；控制律为：记R^-1(t)B^T(t)K(t)为K_c，则其中，为对状态量x的测量估计值；K(t)为待求量；R为对性能指标位移量的加权；K_c为控制器的反馈增益；

飞机阵风响应动力学方程如下：

其中E为单位矩阵；

步骤七、采用LQG/LTR控制算法，选择固定翼飞机机翼质心加速度和位移量为最优控制设计的目标函数，求解Riccati方程，得到副翼、襟翼和升降舵为执行元件设计的控制律；

步骤八、采用求得的最优控制律，利用飞机阵风响应动力学方程求出机翼的变形量，通过计算翼尖的过载和位移验证阵风减缓的效率。

2.如权利要求1所述的一种主动和被动相结合的固定翼飞机阵风减缓的控制方法，其特征在于，所述的全动翼尖，在正常飞行时锁死；当传感器检测到阵风时，全动翼尖绕扭转轴自由旋转；

所述的内侧机翼和全动翼尖的连接点扭转连接轴设计于气动中心之前，面对垂直向上的突风，全动翼尖产生被动的低头运动降低翼尖载荷，进而达到阵风减缓的效果。