本发明的思路是:首先确定全包线内副翼最大偏度实现最大滚转角速率对应的飞行速度,然后确定副翼最大偏度对应零滚转角速率的飞行速度,以及该速度下最大滚转角速率对应的副翼偏度,最后确定飞机强度允许最大飞行速度下的最大滚转角速率对应的副翼偏度。结合驾驶杆(或驾驶盘)横向最大位移,滚转指令梯度,横向增稳控制律,按照单调递增且无空行程原则计算不同飞行速度下的前向增益参数。
本发明的具体内容是:一种滚转副翼反效控制方法,所述滚转副翼反效控制方法包括飞行速度确定和前向增益计算,飞行速度确定包括副翼最大偏度对应最大滚转角速率的飞行速度,副翼最大偏度对应零滚转角速率的飞行速度及飞机最大飞行速度,前向增益计算包括驾驶杆或驾驶盘的横向位移,滚转指令梯度,滚转角速率反馈信号,副翼偏度,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、确定副翼最大偏度对应最大滚转角速率的飞行速度V1:根据风洞试验数据或经过飞行修正后的试验数据,建立飞机全量运动数值模型,设置副翼偏度为最大值δamax,根据横航向控制律中的副翼方向舵交联关系设置方向舵偏度,飞行速度V由最小值开始间隔5~10公里为一个速度点进行数值计算,当V增大到一定值时,由于机翼弹性变形影响,使滚转角速率由最大值ωxmax开始减小,该速度为V1;
步骤二、确定副翼最大偏度对应零滚转角速率的飞行速度V2:在步骤一中继续增大V,由于机翼弹性变形影响加剧,当V增大到某一数值时,滚转角速率ωx=0,该速度为V2;
步骤三、确定步骤二中飞行速度下飞机实现最大滚转角速率对应的副翼偏度保持速度V2不变,副翼偏度δa由0开始间隔0.2~0.5度为一个副翼偏度进行数值计算,随着副翼偏度的增加滚转角速率先增加到最大值ωxmax然后减小,因此在V2下实现最大滚转角速率ωxmax对应的副翼偏度为
步骤四、确定飞机最大飞行速度Vmax:由强度专业根据飞机机体结构能够承受的最大载荷给出飞机最大飞行速度;
步骤五、确定步骤四中飞行速度下的最大滚转角速率对应的副翼偏度保持速度Vmax不变,副翼偏度δa由0开始间隔0.2~0.5度为一个副翼偏度进行数值计算,随着副翼偏度的增加滚转角速率先增加到最大值ωxmax然后减小,因此在Vmax下实现最大滚转角速率ωxmax对应的副翼偏度为
步骤六、确定步骤一,步骤二和步骤四中飞行速度时的前向增益KR0:由推导得到分别取δa为步骤一的δamax,步骤三的和步骤五的分别取ωx为步骤一,步骤三和步骤五的ωxmax,分别取为步骤一中V1,步骤二中V2和步骤四中Vmax,取ωx_cmd为最大期望滚转角速率指令ωx_cmd_max,带入上述公式中计算前向增益值。
实施例:
以某型飞机滚转控制为例,计算过程中所用到得飞机数据有:飞机重量21000kg,飞行表速为300km/h到1350km/h,副翼最大偏度为20°,驾驶杆横向最大位移60mm,滚转指令成型采用抛物线形式,60mm对应150°/s滚转角速率指令。
步骤一、根据风洞试验数据建立飞机全量六自由度运动数值模型,从表速300km/h到1350km/h的不同飞行状态均设置副翼偏度为20°,按照已经完成的横航向控制律中的副翼和方向舵交联增益乘以20得到方向舵偏度,方向舵偏度随着飞行速度变化而变化,按照飞行速度间隔10km为一个速度点进行计算,当表速为650km/h时,滚转角速率达到最大ωxmax=115°/s,确定V1=650km/h。由于弹性变形导致飞机滚转效率降低甚至反效,有的飞机基于表速表示,有的飞机基于马赫数表示,有的飞机基于真空速表示,有的飞机通过动压或动压结合静压表示,这些是不同的表示方式,但表速,真空速,马赫数,动压,动压及静压之间存在确定的对应关系,完全可以相互转换。
步骤二、继续按照每10km/h增加表速,按照步骤一计算,当表速900km/h时,飞机滚转角速率ωx=0,确定V2=900km/h。
步骤三、保持表速900km/h不变,副翼偏度δa由0开始间隔0.2°为一个副翼偏度进行数值计算,当副翼偏度δa=14.6°时ωx=150°/s,当副翼偏度δa=14.8°时ωx=144.6°/s,因此表速900km/h对应最大滚转角速率ωxmax=150°/s的副翼偏度为
步骤四、飞机最大飞行表速Vmax=1350km/h。
步骤五、保持表速1350km/h不变,副翼偏度δa由0开始间隔0.2°为一个副翼偏度进行数值计算,当副翼偏度δa=7.6°时ωx=52.5°/s,当副翼偏度δa=7.8°时ωx=49.6°/s,因此表速1350km/h对应最大滚转角速率ωxmax=52.5°/s的副翼偏度为
步骤六、最大横向操纵位移产生最大150°/s的滚转角速率指令,表速650km/h的ωxmax=115°/s,表速900km/h的ωxmax=150°/s,表速1350km/h的ωxmax=52.5°/s,有的飞机横向增稳控制律除了滚转角速率反馈信号外,还有侧向过载反馈信号,基于这种横向增稳控制律结构,计算前向增益参数时必须增加侧向过载反馈支路对于副翼偏度的影响。