折叠翼飞行器变形过程飞行控制研究

发布时间：2020-06-23 14:47

【摘要】：相较于常规飞行器的固定气动特性,可变形飞行器可以根据飞行环境和任务目标的变化改变机翼结构,保证飞行器优异的飞行性能。近些年来,随着国内外可变形飞行器的课题研究逐渐深入,可变形飞行器的气动特性和建模方法取得了较为突出的进展。考虑到可变形飞行器气动参数的时变特性和系统模型的非线性特征,目前针对可变形飞行器的控制研究尚不深入。本文针对一类折叠翼飞行器,利用机翼变形改变飞行器气动性能,开展了变形辅助机动的飞行控制问题研究。首先,研究了一类折叠翼飞行器的气动参数建模与非线性动力学建模问题。通过气动仿真软件DATCOM计算了飞行器的气动参数,并经过拟合得到了包含折叠变形参量的气动函数模型。分析折叠翼飞行器的运动特性,建立了包含变形参量的非线性运动方程,仿真分析了无控状态下的折叠翼飞行器响应特性。其次,针对折叠翼飞行器非线性运动方程,建立了表征运动特性随着折叠参量变化的纵向线性变参数模型。基于飞行器LPV模型,提出了仿射参数依赖Lyapunov函数的鲁棒变增益控制法设计在无复合干扰情况下折叠翼飞行器的增稳控制器,仿真验证了所采用控制方法的可靠性和优越性,并且分析了机翼折叠对系统飞行性能的影响。针对复合干扰情况,设计了滑模干扰观测器,在实现变形过程稳定的同时保证了系统鲁棒性能。最后,研究了折叠翼飞行器的辅助机动问题,建立了利用折叠辅助机动的折叠翼飞行器的模型,同时设计了飞行控制器。将折叠角变化作为附加控制输入,设计了一种基于反馈线性化的非奇异动态终端滑模控制器(NDTSMC)。姿态跟踪仿真结果表明,采用折叠辅助机动的折叠翼飞行器机动性和抗扰能力比传统飞行器强。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.1
【图文】：

航空飞行器

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论.1 引言从古至今，人类憧憬着能像鸟儿一样在天空翱翔。1783 年 10 月，法国人罗齐尔利用热让人类第一次“飞”上天空。到二十世纪初期，一架名为“飞行者 1 号”（图 1.1（a）所示飞机在美国北卡莱纳州试飞成功。飞机的制造者莱特兄弟用自己的智慧实现了人类的梦想开启了人类“征服”天空的时代。经历了一个多世纪，飞机从早期的螺旋桨式变成了现在气式飞机歼 20（图 1.1（b）所示）；从低速到亚声速到超声速以及现今仍在研究的高超声行器。在这一百多年来，飞行器的材料、结构、动力与控制都有了很大的进步，飞行器的也大大提高，同时能满足的要求也越来越多。

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在这一百多年来，飞行器的材料、结构、动力与控制都有了很大的进步，飞行器的也大大提高，同时能满足的要求也越来越多。(a) “飞行者 1 号” (b)歼 20图 1.1 航空飞行器但是，现今飞行器多以传统的固定翼为主，飞行器的性能也遇到了瓶颈。为了能够突破，很多学者提出设计出类似鸟类的飞行器，如鹰的起飞、机动等不同的飞行姿态（如图 1.2）过改变机翼的结构模仿鸟类飞行来扩大飞行包线，提升飞行器的性能，并且能够利用机翼形满足不同的飞行要求[1]。“变体飞行器”的概念也由此而来。

【参考文献】