[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

说明书

本发明公开了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，属于飞行器控制技术领域。首先构建二维坐标系OZX，机翼分为内侧机翼和全动翼尖，将机翼离散在OZX中，列出内侧机翼和全动翼尖的振动微分方程；通过气动力系数矩阵得到作用在内侧机翼上的气动力，并计算离散阵风；将气动力和阵风的模型代入振动微分方程中，消去剪力合并得到整机大矩阵形式的动力学方程，转化为飞机阵风响应动力学方程；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，求出机翼的变形量，验证阵风减缓的效率。本发明，在相同的阵风强度及过载要求下，所需的舵偏角有所减小，增加阵风减缓的效率，对翼尖的过载和变形有良好的削弱作用。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域,具体是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。

背景技术

固定翼飞机在飞行中由于受到大气扰动、阵风的影响而产生额外的过载，其中垂直阵风的影响尤为严重。阵风过载不但会降低飞机的操稳特性，破坏其飞行品质，而且会产生较大的动态结构载荷，加速结构的疲劳破坏。因此，对固定翼飞机进行阵风减缓控制是必要的。

目前，固定翼阵风减缓的方法主要是利用操纵面进行主动控制：对于一般的固定翼飞机，通常采用襟翼或副翼与升降舵的协同偏转以减小阵风带来的过载。但是，该主动控制方式为满足冗余要求所需一般重量较大，同时可能存在控制效率不够，反馈存在时滞等问题。

克莱菲尔德大学的Shijun Guo和北航李道春团队研究过一种被动阵风减缓装置。该装置将机翼切分为内侧机翼和与扭转轴相连的翼尖装置。由于扭转轴在翼尖的压心之前，当阵风作用于翼尖时，翼尖会绕扭转轴产生与有效迎角变化量相反的扭转，从而使得翼尖处升力的改变量减小，可有效减小翼尖位移，不过也存在对翼根弯矩和整段机翼升力影响较小的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出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，极大地提高飞行器的阵风减缓效率。

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。

正常飞行时全动翼尖锁死，当传感器检测到阵风时，全动翼尖绕扭转轴自由旋转。

两段机翼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。

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；