弹性飞机突风载荷自适应前馈控制

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1、中图分类号：V215.3论文编号：102870115-S004学科分类号：080101硕士学位论文弹性飞机突风载荷自适应前馈控制研究生姓名高文涛学科、专业一般力学与力学基础研究方向气动弹性力学与控制指导教师赵永辉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheAdaptiveFeed-ForwardControlofGustLoadforanElasticAircraftAThesisinGenera

2、landFundamentalMechanicsbyGaoWentaoAdvisedbyProf.ZhaoYonghuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将

3、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：I弹性飞机突风载荷自适应前馈控制摘要本文主要关注的对象是大型民机的突风载荷减缓问题。飞机在飞行过程中，必然会遭遇突风或大气紊流，影响飞机的飞行状态和结构载荷，从而使飞机产生不希望的附加过载。飞机的突风响应一方面会影响飞机的操纵性和乘坐品质，另一方面会使飞机结构产生较大的动态载荷，影响飞机结构安全和飞机寿命，甚至会引发灾难。特别是近年来随着飞机的结构柔性不断变大，刚体频率和弹性体的频率越来越接近，导致飞机刚弹模态之间的耦合现象越来越明显，使

4、得突风响应载荷减缓问题越来越受到飞机研究和设计者的重视。突风载荷减缓控制系统可以有效地抑制由突风激励引起的过载响应。为了避免传统的闭环反馈控制方法引起的时滞、波动等问题，我们采用前馈控制律，可以在飞机产生响应之前，就通过偏转副翼、升降舵等控制面，对其进行补偿，从而实现对突风载荷的有效控制。本文中，针对突风载荷减缓问题，通过耦合非定常气动力和飞机结构，利用运动方程和有理函数近似方法，建立了该弹性飞机的开环气动伺服弹性模型，该模型包含突风影响和控制面偏转激励。然后分别利用时域法和混合方法计算了该飞机对离散突风和连续突风的的响应，并进行比较。然后以一对对称副翼为控制面，设计了对突风载荷的自适应前馈

5、控制方案，利用时域法对FIR数字滤波器的各个系数进行实时更新，并通过稳定性分析确定各个时间步滤波器系数更新的收敛系数范围，然后仿真分析了该控制方案作用下的突风响应特性。仿真结果表明：本文所设计的的控制方法对突风引起的弹性飞机响应的控制是有效的。关键词：弹性飞机，突风响应，前馈控制，联合控制，载荷减缓本文得到国家自然科学基金(11472128)资助，主要工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTInthispaper,wemainlyfocusonthegustloadsalleviationofacivilairplane.Additiona

6、laerodynamicswillbeexcitedasanaircraftgoingthroughthegustregion,whichwillcausetherigidbodymotionandelasticvibrationsoftheelasticaircraft.Thesevibrationswillcausedynamicsstructuralloads,decreasehandlingqualitiesandpassengercomfort,increasethewingrootloadsanddecreasethefatiguelifeofthestructure.Espec

7、iallyinrecentdecades,alongwiththeflexibilityofaircraftgettingbiggerandbigger,thefrequenciesofrigidbodymotionsandaeroelasticvibrationshavethetendencytogetclosertoeachother,whichincreasesthenonlinearaeroelast