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基于全局传递函数的弹性飞机响应预测

Acta Mechanica Sinica 2023年第11期39卷 104-118页

作者：张敏照吴迎超李斌 School of Aeronautics Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Northwest Institute of Mechanical and Electrical Engineering Xianyang 712099China

未知振动对弹性飞机结构有显著的负面影响.因此,有必要对结构的振动响应进行准确的预测。然而,当目标点存在激励载荷时,大多数现有方法的预测效果较差.为了克服这一缺点,我们提出了一种基于全局传递函数(global transfer function,GTF)... 详细信息

未知振动对弹性飞机结构有显著的负面影响.因此,有必要对结构的振动响应进行准确的预测。然而,当目标点存在激励载荷时,大多数现有方法的预测效果较差.为了克服这一缺点,我们提出了一种基于全局传递函数(global transfer function,GTF)的响应预测方法.GTF直接使用参考点的响应预测目标点响应,不需要载荷参与,也不依赖于动力学模型.此外,目标点激励的贡献也可以得到有效的补偿和校正.我们通过有限元模型和实际系统的实验,验证了GTF的有效性和准确性.详细研究了传感器位置、传感器数量、激励类型、激励方式和噪声等因素的影响.并对GTF和基于直接传递函数(direct transfer functio,DTF)的响应预测结果进行了比较.结果表明,GTF能有效预测振动响应,满足工业要求.因此,GTF是一种很有前途的弹性飞机响应预测方法.

关键词：传递函数响应预测传感器数量振动响应激励方式参考点弹性飞机传感器位置

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弹性飞机连续紊流时域响应评估方法

西北工业大学学报 2013年第1期31卷 109-114页

作者：詹浩张俐娜西北工业大学航空学院陕西西安710072

大气紊流对民用飞机的使用有较大影响,引起飞机乘坐品质恶化、操纵性差和结构疲劳等问题。分析和研究大气紊流及其相关课题对民机的研发具有重要意义。简述连续紊流速度场的数值模拟方法,给出飞机连续紊流响应仿真计算流程以及连续紊流... 详细信息

大气紊流对民用飞机的使用有较大影响,引起飞机乘坐品质恶化、操纵性差和结构疲劳等问题。分析和研究大气紊流及其相关课题对民机的研发具有重要意义。简述连续紊流速度场的数值模拟方法,给出飞机连续紊流响应仿真计算流程以及连续紊流载荷任务分析准则流程。以某型飞机为例,计算了连续紊流作用下升力的时间历程。以飞机重心处法向过载为研究对象,根据任务分析准则估计了连续紊流作用下飞机的使用过载。结果表明各个任务段内的使用过载随马赫数的增加而增加;随飞行高度的升高而降低。设定任务剖面内的使用过载估算值与设计要求值基本相符。

关键词：弹性飞机连续紊流响应非定常计算飞行力学模态叠加法任务分析准则

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弹性飞机平衡的阵风外载荷计算与分析

北京航空航天大学学报 2012年第10期38卷 1321-1325页

作者：严德杨超肖志鹏北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京民用飞机技术研究中心北京100083

连续紊流是适航规范中阵风载荷分析必须考虑的一种阵风模型,但其引起的阵风载荷在飞机结构设计中的应用一直存在困难.在平稳随机过程的假设下,基于von Kar-man连续紊流功率谱模型和线性系统连续紊流响应的功率谱方法,使用载荷累加法获... 详细信息

连续紊流是适航规范中阵风载荷分析必须考虑的一种阵风模型,但其引起的阵风载荷在飞机结构设计中的应用一直存在困难.在平稳随机过程的假设下,基于von Kar-man连续紊流功率谱模型和线性系统连续紊流响应的功率谱方法,使用载荷累加法获得外载荷形式的阵风载荷.在此基础上,通过引入载荷响应的相关性推导并建立了一种生成多组连续紊流平衡外载荷分布的方法.垂向连续紊流情况下的算例结果表明:连续紊流外载荷分布是全机平衡的.平衡的外载荷分布可通过机动飞行载荷分析中的载荷包线方法识别载荷设计情况,从而应用于飞机结构的强度分析与设计.

关键词：气动弹性弹性飞机连续紊流平衡外载荷分布

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弹性飞机空投载荷设计技术

航空学报 2014年第11期35卷 3037-3045页

作者：荆志伟侯宗团郭兆电中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院陕西西安710089

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提... 详细信息

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。

关键词：弹性飞机空投货物移动阵风飞行载荷

弹性飞机的混合H_2/H_∞最优PID控制器参数优化

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振动与冲击 2011年第10期30卷 197-202页

作者：章萌李爱军刘世民鲁东大学电子与电气工程学院烟台264025 西北工业大学自动化学院西安710072 中航工业第一飞机设计研究院第6研究所西安710089

基于弹性飞机的降阶模型设计控制器时需要考虑模型降阶带来的降阶误差,这就需要设计的控制器具有较强的鲁棒性。为此,以某弹性飞机12阶模型为例,研究了基于弹性飞机降阶模型的混合H2/H∞最优PID控制器的参数优化。首先基于平衡截断法得... 详细信息

基于弹性飞机的降阶模型设计控制器时需要考虑模型降阶带来的降阶误差,这就需要设计的控制器具有较强的鲁棒性。为此,以某弹性飞机12阶模型为例,研究了基于弹性飞机降阶模型的混合H2/H∞最优PID控制器的参数优化。首先基于平衡截断法得到了6阶降阶模型。然后,根据全阶模型和降阶模型的频域降阶误差选取了合适的鲁棒加权函数。之后,给出了闭环系统跟踪误差H2范数的一种简化计算方法用于H2/H∞优化指标的计算。最后基于差分进化算法进行了混合H2/H∞最优PID控制器的参数寻优。仿真结果表明,与H∞混合灵敏度控制器相比,优化得到的混合H2/H∞最优PID控制器具有更强的鲁棒性,能同时镇定参数和非参数两种不确定性。对弹性形变模态也有较好的抑制作用,刚性模态也取得了很好的响应效果。

关键词：弹性飞机最优PID控制器参数优化 H2/H∞优化指标差分进化算法

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弹性飞机货物投放动响应分析

北京航空航天大学学报 2011年第10期37卷 1211-1217页

作者：吴志刚杨超荆志伟杨秋艳北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院西安710089

重型货物的投放会引起飞机严重的动力学载荷.激励载荷具有较宽的频带,能激起较多弹性模态的振动,而这种动响应可能被气动弹性效应变得更大.为此建立了弹性飞机重型货物投放动响应分析方法.同时考虑飞机的刚体运动和弹性振动模态,应用能... 详细信息

重型货物的投放会引起飞机严重的动力学载荷.激励载荷具有较宽的频带,能激起较多弹性模态的振动,而这种动响应可能被气动弹性效应变得更大.为此建立了弹性飞机重型货物投放动响应分析方法.同时考虑飞机的刚体运动和弹性振动模态,应用能量法建立了弹性飞机的刚弹性耦合动力学方程.应用气动力有理函数拟合技术,建立了货物投放动力学的状态空间方程.以静气动弹性配平结果为初始条件,对状态空间方程进行数值积分得到货物投放动响应.以某型运输机为例进行了无控和有控情况的响应分析,并研究了不同质量货物的投放对飞机动响应的影响.数值分析结果表明:弹性飞机比起刚体飞机会引起更为剧烈的货物投放响应;货物质量直接影响空投动响应的剧烈程度;对于无高度稳定的飞机,货物投放会引起飞行高度的降低.

关键词：气动弹性弹性飞机空投动响应

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弹性飞机阵风缓和鲁棒控制研究

复旦学报（自然科学版） 2016年第3期55卷 329-335页

作者：傅军万婧艾剑良复旦大学航空航天系上海200433

阵风干扰一直严重影响着飞机的飞行稳定性、性能和乘坐舒适度.基于现代鲁棒控制理论,研究了在气动弹性效应影响下的飞机阵风载荷减缓控制器的设计方法.首先根据气动弹性状态空间模型得到某通用飞机在纵向平面内的运动方程.然后在Dryden... 详细信息

阵风干扰一直严重影响着飞机的飞行稳定性、性能和乘坐舒适度.基于现代鲁棒控制理论,研究了在气动弹性效应影响下的飞机阵风载荷减缓控制器的设计方法.首先根据气动弹性状态空间模型得到某通用飞机在纵向平面内的运动方程.然后在Dryden阵风模型作为外界干扰输入下,对弹性飞机标称系统设计了H∞控制器,取得了良好的阵风减缓效果,使得翼尖相对位移和质心加速度的均方根分别减小了66%和23.7%,同时讨论了评价输出加权函数的选择方法.由于系统在真实的环境下会存在不确定性,结合构建的不确定模型,设计了μ综合控制器,仿真结果表明,对于H∞控制器不再适用的不确定性系统,μ控制器能够满足鲁棒稳定性和鲁棒性能.

关键词：弹性飞机气动弹性方程阵风缓和鲁棒控制

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弹性飞机地面滑行随机最优控制

航空学报 2009年第8期30卷 1405-1412页

作者：张明聂宏南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室江苏南京210016

将主动控制缓冲器应用于飞机地面滑行减振。建立了飞机在随机跑道激励下,考虑机身俯仰运动与弹性振动的非线性随机动力学模型。采用统计线性化方法,使模型在平衡点附近线性化。加入前置线性滤波器将随机路面高斯激励转换成高斯白噪声激... 详细信息

将主动控制缓冲器应用于飞机地面滑行减振。建立了飞机在随机跑道激励下,考虑机身俯仰运动与弹性振动的非线性随机动力学模型。采用统计线性化方法,使模型在平衡点附近线性化。加入前置线性滤波器将随机路面高斯激励转换成高斯白噪声激励。基于随机最优控制理论,设计了线性二次型高斯(LQG)控制器。由Monte-Carlo法模拟了路面随机过程,得到了飞机的动响应。通过主动控制缓冲器与被动控制缓冲器的仿真比较可以看出,主动控制缓冲器能够有效提高飞机地面滑行的舒适性与减振性。

关键词：主动控制起落架随机最优控制统计线性化弹性飞机

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弹性飞机自动寻优H_∞/PID控制器设计

测控技术 2013年第2期32卷 47-50,55页

作者：亢锐李爱军王景西北工业大学自动化学院陕西西安710129

针对弹性飞机高阶性和鲁棒性要求,研究了自动寻优的H_∞/PID控制器设计方法。以国外某大型飞机12阶模型作为研究对象,利用平衡截断法进行降阶,得到在较宽频段内近似于全阶模型的6阶模型。基于降阶模型,利用粒子群优化算法得到合适的加... 详细信息

针对弹性飞机高阶性和鲁棒性要求,研究了自动寻优的H_∞/PID控制器设计方法。以国外某大型飞机12阶模型作为研究对象,利用平衡截断法进行降阶,得到在较宽频段内近似于全阶模型的6阶模型。基于降阶模型,利用粒子群优化算法得到合适的加权函数及PID控制器参数,用于控制全阶模型。仿真结果证明,在系统同时存在参数不确定性和非参数不确定性的情况下,与H_∞混合灵敏度控制器相比,H_∞/PID控制器具有更强的鲁棒性,并能取得更好的时域控制效果。

关键词：弹性飞机加权函数自动寻优 H∞混合灵敏度 PID