飞机纵向增稳系统结构方案及控制规律设计

2018-05-08 04:57于德海曲东才祁亚辉
兵器装备工程学报 2018年4期
关键词:系统结构法向迎角

于德海,曲东才,李 飞,祁亚辉

(海军航空大学 a.训练部; b.控制工程系, 山东 烟台 264001)

随着现代作战飞机飞行包线的扩大及其技术性能、战术性能要求的提高,对其稳定性、操控性等相关控制系统性能也提出更高要求。为使现代战斗机气动布局适合其作战性能要求,往往将飞机自身静稳定度设计较小,甚至设计成静不稳定(特别是以大迎角α飞行的现代战斗机)[1-3],这使驾驶员精确操控战机增加了困难,先敌发现、先敌瞄准射击等任务完成困难。飞机阻尼器发展成飞机增稳控制系统,就能有利于改善飞机静稳定性等飞行品质,提高战斗性能。

1 飞机纵向增稳控制系统工作原理

由于测量迎角α的传感器存在一定误差,在受到气流扰动时,测量精度会更低。基于飞机在重心处的法向加速度(或法向过载)ay(或ny)与迎角α成正比原理,即:ay=v0n2αΔα或ny=v0n2αΔα/g(其中v0,Δα,n2α分别为飞行速度、迎角α增量和某一状态下的飞机法向力系数,并忽略很小的n2δz),利用具有较高精度的元部件可测量ay或ny,通过测量ay或ny的间接方法来近似获得α值。实际增稳系统中也并不直接引入迎角α反馈,而是引入ay或ny反馈[3,5-7]。

由于测量ay的加速度计固连于飞机,其测量轴与机体轴OYt一致。实际上法向加速度计不仅感受重心处的ay,而且还感受重力加速度g的分量gcosϑcosγ(当飞机俯仰和滚转姿态角为ϑ,γ时)。故法向加速度计实际输出Ay如下式[3,5-7]

Ay=ay+gcosϑcosγ

(1)

ϑcosγ-g)

(2)

2 飞机增稳系统方案设计及仿真验证

2.1 飞机增稳系统方案设计

飞机俯仰增稳系统结构原理图如图1所示[3、5-7]:

图1中τ1、τ2是高通清洗滤波器时间常数,主要作用是在ϑ,γ值较大时,减弱或消除由其产生的恒定舵偏角稳态分量。其控制规律表达式如下:

ϑcosγ-g)+

(3)

如采用法向过载表示,则有:

(4)

2.2 仿真验证

仿真步骤:

仿真分析:

为仿真分析和验证飞机俯仰增稳系统性能,构建某型飞机在高度11 000 m、速度0.9 ma飞行时的气动状态动力学模型,研究飞机控制系统结构及其控制规律。

由于增稳控制系统回路参数的确定带有试错性质,所确定的控制规律参数并不一定最优。要获得最优控制规律传动比,最好采用现代控制理论的最优控制方法。

3 结论

1) 在保证纵向增稳系统结构过载反馈回路的负反馈性质(即保证开环传递函数分子常数项符号)的条件下,所设计的纵向增稳系统结构、控制规律较合理,飞机运动稳定性、快速性满足设计要求。

3) 法向加速度计应安装在飞机对称面内并靠近其瞬时转动中心xa处,以增加控制系统稳定性,改善系统动态响应。

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