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如何打造战斗机的推力矢量绝活?

问天少年 2024年第5期 44-47页

作者：王海峰王宇(绘图) 中国工程院成都飞机设计研究所不详

航展现场或电视直播中,你看过“落叶飘”“眼镜蛇”等令人眼花缭乱的过失速飞行动作吗?你是否知道实现这些动作所必须的推力矢量技术?战斗机推力矢量技术,指战斗机根据需要,在偏离发动机轴线的可变方向上,获得并利用推力的技术。

关键词：电视直播推力矢量战斗机眼镜蛇发动机

推力矢量型V/STOL飞行器短距降落控制策略设计

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航空动力学报 2023年第8期38卷 1875-1888页

作者：龚正李沛晋王子安周涛陈永亮曲晓雷南京航空航天大学航空学院非定常空气动力学与流动控制工信部重点实验室南京210016 中国航空工业集团有限公司沈阳飞机设计研究所沈阳110000

针对推力矢量型垂直/短距起降(V/STOL)飞行的短距降落(SRVL)过程,进行了纵向动力学建模。基于飞机的减速性能与轨迹、速度稳定性,采用可达平衡集方法,构建了策略参数的边界,制定了参数选取标准,设计一种制定短距降落策略的方法。根据降... 详细信息

针对推力矢量型垂直/短距起降(V/STOL)飞行的短距降落(SRVL)过程,进行了纵向动力学建模。基于飞机的减速性能与轨迹、速度稳定性,采用可达平衡集方法,构建了策略参数的边界,制定了参数选取标准,设计一种制定短距降落策略的方法。根据降落策略,分段进行了相应的控制框架建立,内环采用动态逆控制律,并引用一种基于频域尺度的效能分配准则进行控制分配设计。基于蒙特卡洛仿真法,对降落策略的鲁棒性进行了仿真验证,结果表明:针对不同降落阶段的策略参数边界制定方法能够满足该阶段的任务需求,且这些参数边界对短距降落策略制定有着明确的参考意义。以L1自适应控制器作为内环增稳控制器,所设计的短距降落策略使得飞行器在着陆过程中有着良好的轨迹鲁棒性。

关键词：推力矢量短距降落可达平衡集速度稳定性降落策略

推力矢量型V/STOL飞行器动态过渡过程的操纵策略优化

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航空动力学报 2023年第2期38卷 408-419页

作者：周涛王子安龚正佘崇民赵彤张同任南京航空航天大学航空学院南京210016 中国航空工业集团有限公司沈阳飞机设计研究所沈阳110000 滨州学院飞行学院山东滨州256600

针对推力矢量型垂直/短距起降(vertical/short takeoff and landing,V/STOL)飞行器的动态过渡过程模型,综合考虑过渡走廊限制、操纵冗余及不同起降任务需求指标,研究最优过渡操纵策略。考虑V/STOL飞行器的喷射气流效应,对飞行器进行全... 详细信息

针对推力矢量型垂直/短距起降(vertical/short takeoff and landing,V/STOL)飞行器的动态过渡过程模型,综合考虑过渡走廊限制、操纵冗余及不同起降任务需求指标,研究最优过渡操纵策略。考虑V/STOL飞行器的喷射气流效应,对飞行器进行全量动力学建模。利用可达平衡集方法,建立通用过渡走廊计算框架。设计了能够在V/STOL过渡段和高速飞行间平稳过渡的操纵方式。将推力矢量飞行器的动态倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题,根据不同起降任务特点建立合理的指标和约束,采用直接转换法和序列二次规划算法进行求解,得出不同任务特点下的最优操纵策略与过渡过程。采用可达平衡集计算过渡走廊的方法,不仅不受飞行器类型的限制,更简化了构造过程,具有良好的通用性与鲁棒性。以光滑过渡为目标的优化结果使得飞行员在飞行器过渡过程中的操纵量变化大幅减小,从而使得飞行员能更加专注于对飞行器运动的操纵;以距离更短为目标的优化结果则使得降落过程的飞行距离缩短了30%左右。从操纵策略出发的优化结果使得驾驶员能够更好掌握操纵关注点及边界,增加了整个动态过渡过程的安全性。

关键词：推力矢量动力学建模过渡过程过渡走廊操纵策略最优控制

基于L1自适应推力矢量型V/STOL飞行器增稳控制

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航空学报 2023年第S1期44卷 122-139页

作者：胡润昌王子安陈永亮周大鹏杨大鹏龚正南京航空航天大学航空学院非定常空气动力学与流动控制工业和信息化部重点实验室南京210016 中国运载火箭技术研究院北京100076 沈阳飞机设计研究所沈阳110000

针对推力矢量型V/STOL飞行器起降过渡阶段动力系统转换过程存在的控制量耦合与冗余问题,设计了相应的内环增稳控制器和控制分配策略。首先,利用喷射气流效应经验公式建立了带升力损失项的动力系统与飞行动力学模型。然后,采用非线性动... 详细信息

针对推力矢量型V/STOL飞行器起降过渡阶段动力系统转换过程存在的控制量耦合与冗余问题,设计了相应的内环增稳控制器和控制分配策略。首先,利用喷射气流效应经验公式建立了带升力损失项的动力系统与飞行动力学模型。然后,采用非线性动态逆方法设计了外环控制律,采用L1自适应控制方法设计了内环控制律,以补偿系统建模误差及参数不确定性的影响。最后,根据控制冗余度,基于效能分配准则设计了控制分配策略,实现了控制解耦,并进行了仿真验证。蒙特卡洛打靶仿真结果表明,即使存在较大参数摄动,控制器仍然可以很好地跟踪参考输入,这说明设计的控制器控制性能与鲁棒性良好。

关键词：推力矢量增稳控制 L1自适应控制控制分配蒙特卡洛打靶

低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性研究

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推进技术 2022年第8期43卷 441-450页

作者：陈新伟顾左高俊郭宁王尚民史楷唐福俊陈焘郭伟龙张宏成荣兰州空间技术物理研究所真空技术与物理国家级重点实验室甘肃兰州730000

为了准确掌握不同工况下混合励磁模式低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性,凭借自主设计和改进的一套快速评估霍尔推力器束流发散角和推力矢量偏角原位集成诊断装置,系统研究了推力器在不同阳极质量流率、磁场、电场下束流分布... 详细信息

为了准确掌握不同工况下混合励磁模式低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性,凭借自主设计和改进的一套快速评估霍尔推力器束流发散角和推力矢量偏角原位集成诊断装置,系统研究了推力器在不同阳极质量流率、磁场、电场下束流分布和推力矢量偏心特性的变化规律。结果表明,束流发散角随阳极质量流率(0.65~0.95mg/s)和磁场强度(112~142Gs)的变化呈现负相关的特性。当阳极质量流率为0.95mg/s时,束流发散角降到29.1°(推力矢量偏角随阳极质量流率和磁场强度的变化分别存在极大值(1.19°)和极小值(0.91°)。束流发散角、推力矢量偏角在放电电压为250~330V时基本保持不变。

关键词：混合励磁低功率霍尔推力器束流发散推力矢量

三扰流片推力矢量固体火箭发动机推力调节特性研究

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固体火箭技术 2023年第5期46卷 663-672页

作者：张汝衡杨军姚保江杨石林张兵峰中国航天科技集团有限公司四院四十一所西安710025 中国航天科技集团有限公司第四研究院西安710025

为研究三扰流片推力矢量发动机进行推力调节时的矢量特性,采用重叠网格技术对三扰流片推力矢量装置展开数值模拟;将数值结果采用RBF(Radial Basis Function Neural Network)神经网络方法进行拟合,提出了一种依据舵机位移计算主推力和侧... 详细信息

为研究三扰流片推力矢量发动机进行推力调节时的矢量特性,采用重叠网格技术对三扰流片推力矢量装置展开数值模拟;将数值结果采用RBF(Radial Basis Function Neural Network)神经网络方法进行拟合,提出了一种依据舵机位移计算主推力和侧向力的推力矢量计算方法;最后,进行了原理样机推力开环试验。数值研究结果表明,舵机位移在12.5 mm以内时,发动机主推力曲线台阶变化明显;舵机位移为10.5 mm时,喷管尾部流场内开始出现斜激波交会形成马赫盘,马赫盘前移逐渐贴附于喷管口的现象。从拟合得到的侧向力计算式可以看出,三扰流片组合差动受到的侧向力,以及喷管内流动不对称产生的喷管内侧向力均为驱动扰流片旋转的舵机位移的函数。点火试验结果表明,拟合计算得到的发动机主推力和侧向力与试验实测值之间的偏差在4%以内,验证了所提出的推力矢量计算方法的正确性。

关键词：扰流片推力矢量差动数值模拟神经网络

推力矢量倾转三旋翼飞行器的自抗扰跟踪控制方法

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计算机应用与软件 2022年第9期39卷 94-100,120页

作者：胡丹丹管若乔中国民航大学机器人研究所天津300300

针对常规倾转三旋翼在多旋翼模式下飞行器跟踪精度易受结构影响、难以抵抗外界干扰的问题,研究一种推力矢量倾转三旋翼飞行器系统。对倾转角导致的控制分配时变的问题,利用一种变量代换及广义逆的方法实现了高效控制分配解算。为克服系... 详细信息

针对常规倾转三旋翼在多旋翼模式下飞行器跟踪精度易受结构影响、难以抵抗外界干扰的问题,研究一种推力矢量倾转三旋翼飞行器系统。对倾转角导致的控制分配时变的问题,利用一种变量代换及广义逆的方法实现了高效控制分配解算。为克服系统易受气动干扰及外部风扰而影响轨迹跟踪精度的问题,设计一种自抗扰跟踪控制器。仿真结果表明,机体在外界风扰作用下仍可以快速准确地跟踪参考轨迹,该控制方案具有较好的鲁棒性和抗扰性。

关键词：倾转三旋翼推力矢量自抗扰轨迹跟踪控制分配

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水下推力矢量控制技术研究现状及进展

兵器装备工程学报 2022年第1期43卷 27-34页

作者：许奇权晓波魏海鹏鲍文春中国运载火箭技术研究院北京100076 北京宇航系统工程研究所北京100076

水下推力矢量发射技术可以实现在外界条件干扰作用下对航行体运动稳定性的有效控制,已经成为有动力航行体水下发射方案的关键技术之一。相比于常规气相环境下的推力矢量控制技术,水下推力矢量控制技术难度更大,其主要原因在于发动机燃... 详细信息

水下推力矢量发射技术可以实现在外界条件干扰作用下对航行体运动稳定性的有效控制,已经成为有动力航行体水下发射方案的关键技术之一。相比于常规气相环境下的推力矢量控制技术,水下推力矢量控制技术难度更大,其主要原因在于发动机燃烧形成的高温高速燃气在水中作扩散流动并形成复杂的气水掺混与界面不稳定性现象,伴有激烈的流体动力干扰,严重影响航行体整个运动过程的控制。本文系统叙述了水下发射航行体推力矢量控制技术的研究现状与发展趋势,介绍了发动机摆动喷管和扰流片2种水下推力矢量控制技术的工作原理、实现方式、优缺点以及对航行体流体动力的影响;总结了水下推力矢量控制技术涉及的水下高速气体喷流复杂多相流动机制;对我国水下垂直发射航行体推力矢量控制技术的发展提出了设想及建议。

关键词：推力矢量摆动喷管扰流片流体动力

基于奇异值方法的推力矢量/气动舵飞机复合控制律参数优化方法研究

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：阮仕龙董哲孙尧曲晓雷霍少泽沈阳飞机工业(集团)有限公司大连理工大学航空航天学院沈阳飞机设计研究所

推力矢量/气动舵布局的先进飞机存在显著的控制耦合问题，传统的单回路控制参数设计方法在该场景下无法兼顾多控制回路的性能。因此提出一种基于回差矩阵奇异值的控制律参数优化方法，首先利用时域控制性能指标确定控制参数优化区间，... 详细信息

推力矢量/气动舵布局的先进飞机存在显著的控制耦合问题，传统的单回路控制参数设计方法在该场景下无法兼顾多控制回路的性能。因此提出一种基于回差矩阵奇异值的控制律参数优化方法，首先利用时域控制性能指标确定控制参数优化区间，然后在此基础上用奇异值方法衡量多输入多输出（MIMO）系统的稳定裕度，并建立相应的最优目标函数，从而对控制器参数寻优。采用数值仿真验证了该方法的可行性，结果显示所设计的控制参数优化算法相较于传统单回路控制参数设计方法具有更好的时域控制性能与更大的系统稳定裕度。

关键词：回差矩阵奇异值参数寻优稳定裕度 MIMO系统推力矢量