[发明专利]基于光纤翼面响应解析与最小二乘法的机翼攻角辨识方法

说明书

本发明所述一种基于光纤翼面响应解析与最小二乘法的机翼攻角辨识方法，属于机翼攻角辨识技术领域。基于目标翼型表面沿弦向布设N条OFDR分布式光纤传感网络，实现针对翼面的气动载荷辨识；根据机翼所受气动力R在风轴系与体轴系分解特点，通过有限元积分方法建立翼面气动载荷与机翼升力计算模型，进而根据升力系数辨识目标翼型对应的攻角；采用LM最小二乘法优化所得攻角，进一步减小辨识误差。在实际应用中，即可通过该攻角辨识模型，对目标翼型实现实时攻角辨识，能够有效提高飞行品质与安全性。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤翼面响应解析与最小二乘法的机翼攻角辨识方法，属于机翼攻角辨识技术领域。

背景技术

飞机攻角是飞行控制和导航系统所需的主要参数，对于保障飞行安全，提高飞行品质至关重要。若攻角传感器出现故障，产生错误数据，将可能致使飞控系统产生错误飞行指令，甚至导致失事。目前国内外关于攻角测量的主要方法包括风标传感器、压差式传感器和零压式传感器等，由于飞机周围自由气流受到扰动，使得上述攻角测量易产生位置误差。

光纤传感器基于其质量轻、芯径细、柔韧性好、抗电磁干扰、便于分布式组网等优势，在飞行器智能监测领域受到广泛关注。因此，研制出能够与机体结构一体化集成、适于气动外形与隐身性能改善的新型攻角辨识方法，对于提升飞行品质与安全性具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤翼面响应解析与最小二乘法的机翼攻角辨识方法，能够针对目标翼型的不同飞行工况，实现实时攻角辨识监测。

本发明设计了一种基于光纤翼面响应解析与最小二乘法的机翼攻角辨识方法，基于目标翼型表面沿弦向布设N条OFDR分布式光纤传感网络，实现针对翼面的气动载荷辨识；按步骤A，获得目标翼型所对应的气动载荷分布；然后执行步骤B至步骤D，实现对目标翼型攻角的实时辨识。

步骤A.沿目标翼型弦向布设N条OFDR分布式光纤传感网络，相邻两条传感网络之间间隔相同，且每条传感网络上各相邻两光栅测点之间间隔为S，如图1所示。OFDR分布式光纤传感器各测点的中心波长变化与翼面气动压力之间的关系为：

式中，r为两光栅测点间的半径，E为机翼蒙皮的杨氏模量，t为蒙皮厚度，μ为泊松比，p_e为光弹性系数，λ为初始中心波长，ΔP为翼面气动压差，K为光纤表贴位置的光滑系数，3r²K(1-μ²)(1-p_e)λ/8Et²可视为一个常数，通常通过标定得到，由此可得目标翼型所对应的气动载荷分布，然后进入步骤B；

步骤B.基于翼面压强分布的机翼升力计算方法。由于气流的作用，流场中机翼表面的压力分布形成空气动力R。首先，根据风轴系的定义，将R分解为垂直于来流方向的升力L和平行于来流方向的阻力D。其次，按照飞机体轴系的定义，将R分解为垂直于翼弦的法向力N和平行于翼弦的弦向力A。

根据空气动力学的定义，作用于单位面积上的机翼表面法向力和弦向力如下：

dN'_u＝-p_uds_ucosθ-τ_uds_usinθ                       (1.2)

dA'_u＝-p_uds_usinθ+τ_uds_ucosθ                       (1.3)

dN'_d＝p_dds_dcosθ-τ_dds_dsinθ                       (1.4)