无尾飞翼式飞行器主动控制的参数化方法

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本文研究的控制对象是一种重于空气的固定翼无尾飞翼布局飞行器,要求该种布局飞行器能够以亚声速在高空范围内长时间飞行,实现非常规气动布局飞行器主动控制技术。涉及放宽静稳定性技术、主动颤振抑制技术,为无尾飞翼布局飞行器提供可靠的安全飞行策略。飞行器采用无尾飞翼布局技术,这种布局飞行器翼身融合一体,且没有水平安定面和垂直尾翼,在机翼后缘沿机体向外布置升降副翼和对开式阻力方向舵,因而纵向和侧向自然稳定性下降,甚至静不稳定。这种静不稳定的飞翼式飞行器在没有放宽静稳定功能的电传操纵系统的情况下是难以实现操纵的,必须通过纵向、侧向控制增稳系统来实现放宽静稳定性技术。本文以无尾飞翼飞行器横航向控制系统为研究对象,分析了无尾飞翼布局飞行器在高空飞行状态的自然稳定性,并介绍了基于特征结构配置的参数化方法,基于该方法设计了横航向主动控制律,实现了无尾飞翼飞行器协调转弯机动动作。由于对这种布局的飞行器具有长航时的性能要求,为此该类飞行器普遍具有大展弦比或超大展弦比;另外,这种飞行器还要求能在高空飞行,飞行器需要采用柔性智能材料来减轻质量,以增大升阻比,因而这种飞行器又具有重量轻,柔性大的特点。随着柔性的增大,加上无尾飞翼布局使整机成为一个巨大的升力面,机翼的颤振现象突出,严重情况会造成机体结构破坏。因而需通过主动颤振抑制来提供飞行器稳定飞行的可靠性。本文以三自由度二元机翼气动弹性控制系统为研究对象,利用输出反馈次优控制法和线性矩阵不等式法,设计了颤振主动抑制控制律,提高了飞行器的颤振临界速度,实现了颤振抑制主动控制技术。
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