基于微分流形理论的结冰条件下飞机鲁棒动力学边界研究

发布时间：2021-04-01 12:45

　　基于微分流形理论构建了一种结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统设计方案。首先基于微分流形理论计算了飞机未结冰时的动力学边界,并用Monte Carlo法验证了其准确性和高效性;其次,以结冰因子影响模型为基础,研究了不同结冰程度下飞机动力学边界的变化规律;进而提出了飞机鲁棒动力学边界,并设计了结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统。当飞机遭遇结冰不利飞行环境时,相比于传统动力学边界,该鲁棒动力学边界不需获取准确的冰型信息和结冰严重程度。考虑当前结冰检测技术手段,提出的方法具有更加广泛的工程应用意义。在飞机超出动力学边界之前,边界保护系统作用使飞行状态保持在安全阈值范围内,从而保证飞机安全可控。 

【文章来源】：空军工程大学学报(自然科学版). 2020,21(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

确定稳定边界上的UEPs

UEP1和UEP2在受到扰动后收敛至平衡点SEP，而UEP3受扰动后呈发散趋势，因此UEP1和UEP2在稳定边界上，UEP3不在SEP的稳定边界上。由微分流形理论确定系统稳定域的方法具体如下：首先要确定SEP边界上所有的UEP，然后计算每个UEP的稳定流形，将这些流形组合起来即围成非线性系统的稳定域。本例中，UEP1和UEP2的稳定流形包围的区域即为GTM飞机在所给工作状态的三维纵向稳定域，如图5所示。图5中红点表示SEP，蓝点表示UEP，紫色曲面表示动力学边界，紫色曲面围成的区域即为稳定域。可见飞机的稳定域并不是规则的几何形状，在计算维度超过二维后难于使用解析方法（如Lyapunov能量函数法）得到准确的稳定域。

流形理论是一种计算非线性系统稳定域的有效方法，其利用积分的方式获取边界上不稳定平衡点的稳定流形并将其作为稳定边界[20]。计算二维流形的方法主要包括连续边值问题法、测地圆法、偏微分方程法和扩展轨线法[26]。本文采用测地圆法刻画系统的流形，具体流程见图1。1.2 纵向动力学模型

【参考文献】：
期刊论文
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[3]关于飞机结冰的多重安全边界问题[J]. 桂业伟,周志宏,李颖晖,徐浩军.  航空学报. 2017(02)
[4]基于复杂动力学仿真的结冰情形下飞行安全窗构建方法[J]. 裴彬彬,徐浩军,薛源,李哲,刘东亮.  航空学报. 2017(02)
[5]基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域[J]. 郑无计,李颖晖,屈亮,徐浩军,袁国强.  航空学报. 2017(02)
[6]基于极值理论的平尾结冰飞行风险评估[J]. 王健名,徐浩军,薛源,王小龙,李哲.  航空学报. 2016(10)
[7]飞机在结冰条件下的最优边界保护方法[J]. 周莉,徐浩军,杨哲,刘东亮.  上海交通大学学报. 2013(08)
[8]飞机三维结冰模型及其数值求解方法[J]. 易贤,桂业伟,朱国林.  航空学报. 2010(11)
[9]机翼热气防冰系统设计[J]. 卜雪琴,郁嘉,林贵平,宋馨.  北京航空航天大学学报. 2010(08)
[10]结冰对飞机飞行动力学特性影响的仿真研究[J]. 袁坤刚,曹义华.  系统仿真学报. 2007(09)

硕士论文
[1]结冰飞行动力学特性与包线保护控制律研究[D]. 张智勇.南京航空航天大学 2006



本文编号：3113357