[发明专利]一种考虑重心变化的法向过载保护控制方法

说明书

本申请属于飞机飞行控制技术领域，特别涉及一种考虑重心变化的法向过载保护控制方法。该方法包括步骤S1、将驾驶杆位移Xe转换为过载指令DNy；步骤S2、将过载指令DNy乘以增益K，形成前向舵偏指令，其中所述增益K为单位过载所需的舵偏；步骤S3、将所述前向舵偏指令叠加比例舵偏指令及积分舵偏指令生成升降舵偏转指令，并基于所述升降舵偏转指令控制飞机飞行。本申请实现了重心变化及极端操纵工况下的法向过载保护功能，提高了飞机安全性。

技术领域

本申请属于飞机飞行控制技术领域，特别涉及一种考虑重心变化的法向过载保护控制方法。

背景技术

现代飞机广泛采用电传飞行控制系统，通过复杂的控制律实现控制功能和保护功能，减轻飞行员负担和提高飞行安全性。法向过载保护功能是一项重要的飞行边界保护功能，用于防止飞机法向过载超出限制值。若法向过载超出限制值，会造成机体结构损伤，严重时会造成飞机解体。

飞机重心变化对法向过载响应影响较大，同样升降舵偏度下，后重心的法向过载响应要大于前重心。传统的控制方法采用杆位移指令法向过载的控制架构，以牺牲飞控系统稳定裕度或飞机机动能力为代价实现正常飞行操纵下(高度和速度不变的平飞状态下的操纵)的法向过载保护功能。而且，在快速俯冲后阶跃拉起、快速爬升后阶跃俯冲、大俯仰角俯冲后阶跃拉起，平飞加速后阶跃拉起等极端操纵工况下飞机过载会超出限制值。

目前国内飞机设计过程中，对重心变化及极端操纵下的法向过载保护功能设计存在以下不足：

1、假定快速俯冲后阶跃拉起、快速爬升后阶跃俯冲、大俯仰角俯冲后阶跃拉起，平飞加速后阶跃拉起等极端操纵工况发生概率低，在设计及验证时不考虑这些工况，导致法向过载保护功能覆盖工况不完整，飞机存在潜在危险。

2、为了兼顾重心变化及快速俯冲后阶跃拉起、快速爬升后阶跃俯冲、大俯仰角俯冲后阶跃拉起，平飞加速后阶跃拉起等极端操纵工况，通过减小杆位移指令的法向过载数值，即留出后重心和极端操纵工况下法向过载的超出裕量，减小杆位移指令的法向过载响应。该方法造成前重心和中间重心、以及正常操纵下的法向过载响应减小，对飞机机动能力牺牲较大。

3、为了兼顾重心变化及快速俯冲后阶跃拉起、快速爬升后阶跃俯冲、大俯仰角俯冲后阶跃拉起，平飞加速后阶跃拉起等极端操纵工况，通过增加俯仰角速率反馈增益，增大法向过载响应阻尼特性，从而减小后重心及极端操纵下法向过载响应超调量。这样会导致飞控系统稳定裕度降低，控制系统抗干扰能力下降，同时会导致前重心和中间重心、正常操纵时法向过载响应阻尼变大，飞机法向过载响应变迟钝。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请设计了一种考虑重心变化的法向过载保护控制方法，以确保重心变化及快速俯冲后阶跃拉起、快速爬升后阶跃俯冲、大俯仰角俯冲后阶跃拉起，平飞加速后阶跃拉起等极端操纵工况下飞机法向过载不会超出限制值，提高飞机的安全性。

本申请提供的考虑重心变化的法向过载保护控制方法，主要包括：

步骤S1、将驾驶杆位移Xe转换为过载指令DNy；

步骤S2、将过载指令DNy乘以增益K，形成前向舵偏指令，其中所述增益K为单位过载所需的舵偏；

步骤S3、将所述前向舵偏指令叠加比例舵偏指令及积分舵偏指令生成升降舵偏转指令，并基于所述升降舵偏转指令控制飞机飞行。

优选的是，步骤S1进一步包括：

步骤S11、获取驾驶杆位移Xe的行程范围，同时获取飞机结构的过载限制范围；

步骤S12、基于所述行程范围与所述过载限制范围，构建用于表示驾驶杆位移与过载之间关系的梯度函数；

步骤S13、基于所述梯度函数将实时的驾驶杆位移Xe转换为实时的过载指令DNy。