CN107390718A - 一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，首先获得输入条件，然后计算可控攻角范围，据此确定最佳翻转外形和最佳翻转攻角，设计机动路径，并根据机动路径设计攻角机动策略和翻转控制策略，完成高速飞行180度翻转控制。本发明充分考虑了新型高性能飞行器在180度翻转过程中气动外形的显著改变，确定了最佳翻转攻角，并对攻角机动路径进行了合理规划，明确了最佳翻转控制流程，使得整个机动过程中都在飞行器合理的稳定性和操纵性条件下进行，翻转可靠性高。可适应翻转过程中飞行器气动特性、稳定性、操纵性的大幅、剧烈变化，实现快速、可靠翻转。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，属于航空航天控制技术领域。
背景技术
随着航天技术的快速发展，新型高性能飞行器越来越成为各航天强国和大国的关注点，飞行弹道模式也越来越丰富。
新型高性能飞行器的弹道模式从传统的弹道式转变为巡航式、滑翔式等形式。不同的弹道模式需要不同的气动外形、动力系统、控制策略等来适应。目前，最复杂、最新的弹道模式为由弹道式、巡航式、滑翔式有机拼接形成的新型综合弹道模式。这一弹道模式下，飞行器的气动外形与以往飞行器有极其显著的差别，在不同弹道模式下、弹道模式间切换过程中，尤其是在巡航模式、滑翔模式的转变过程中，飞行器需要进行180度翻转适应飞行需求，导致飞行器的气动特性大幅、剧烈变化，飞行器的操纵性、稳定性、飞行力学特征也相应的大幅、剧烈变化，给飞行器翻转控制策略带来了巨大挑战，现有的控制策略均难以完全适应，目前尚未见有可行的控制策略出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提出了一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，充分考虑了新型高性能飞行器在180度翻转过程中气动外形的显著改变，可适应翻转过程中飞行器气动特性、稳定性、操纵性的大幅、剧烈变化，实现快速、可靠翻转。
本发明所采用的技术方案是：一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，包括如下步骤：
(1)获得飞行器气动参数、转动惯量J、控制舵可用范围F、控制舵裕量要求ε、最佳翻转状态评价标准P、翻转马赫数Ma、翻转初始攻角α0、翻转目标攻角αf；
(2)将飞行器180度翻转前、后两个气动外形分别记为W1、W2，求解W1的可控攻角范围A和W2的可控攻角范围B，A和B的交集C即为翻转前后两个气动外形下共同的可控攻角范围；
(3)在翻转前后两个气动外形下共同的可控攻角范围内确定飞行器的最佳翻转外形W*和最佳翻转攻角α*；
(4)通过常规攻角控制方法实现飞行器从翻转初始攻角α0机动到最佳翻转攻角α*；
(5)控制飞行器在最佳翻转攻角α*处实现180度翻转；
(6)采用常规攻角控制方法实现飞行器从α*机动到翻转目标攻角αf，完成高速飞行180度翻转控制。
所述步骤(3)的实现方法为：
(2.1)对于气动外形W1，在可控攻角范围A内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数、航向动稳定参数；
(2.2)对于气动外形W2，在可控攻角范围B内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数、航向动稳定参数；
(2.3)根据翻转前后两个气动外形下的上述参数计算结果，依据总体给定的最佳翻转状态评价标准P，在翻转前、后两个气动外形间确定最佳翻转外形W*和对应的最佳翻转攻角α*。
所述步骤(2)中可控攻角范围A为W1下配平舵偏不饱和且满足控制舵裕量要求ε的攻角范围，可控攻角范围B为W2下配平舵偏不饱和且满足控制舵裕量要求ε的攻角范围。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明充分考虑了新型高性能飞行器在180度翻转过程中气动外形的显著改变，确定了最佳翻转攻角，并对攻角机动路径进行了合理规划，明确了最佳翻转控制流程，使得整个机动过程中都在飞行器合理的稳定性和操纵性条件下进行，翻转可靠性高。可适应翻转过程中飞行器气动特性、稳定性、操纵性的大幅、剧烈变化，实现快速、可靠翻转。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的高速飞行强适应性180度翻转控制方法具体步骤如下：
(1)获得已知条件
获得飞行器气动参数、转动惯量J、控制舵可用范围F、控制舵裕量要求ε、最佳翻转状态评价标准P、翻转马赫数Ma、翻转初始攻角α0、翻转目标攻角αf。
(2)确定可控攻角范围
将飞行器180度翻转前、后两个气动外形分别记为W1、W2。
针对W1、W2，采用俯仰通道配平的方法分别求出两个外形下配平舵偏不饱和(即舵偏范围不超过舵可用范围F)且满足控制舵裕量要求ε的攻角范围，为两个外形下各自的可控攻角范围。将W1、W2的可控攻角范围分别记为A、B。
对A、B求交集：
C＝A∩B
C即为翻转前后两个气动外形下共同的可控攻角范围。
(3)确定最佳翻转外形和最佳翻转攻角
对于W1，在可控攻角范围A内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数(LCDP)、航向动稳定参数(Cnβ,dyn)。
对于W2，在可控攻角范围B内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数(LCDP)、航向动稳定参数(Cnβ,dyn)。
根据翻转前后两个气动外形下的上述参数计算结果，依据总体给定的最佳翻转状态评价标准P，确定最佳翻转外形(记为W*)和对应的最佳翻转攻角(记为α*)。
在上述基础上设计攻角机动路径为：先从初始攻角α0机动到α*，180度翻转后再由α*机动到αf。
(4)设计初始攻角到最佳翻转攻角的机动策略
通过常规攻角控制方法实现飞行器从翻转初始攻角α0机动到最佳翻转攻角α*
(5)设计翻转控制策略
在最佳翻转外形W*和最佳翻转攻角α*下，由于飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比、副翼操纵偏离参数(LCDP)、航向动稳定参数(Cnβ,dyn)等参数均已经经过最佳翻转状态评价标准P的评价，整体达到了可控攻角范围C内的综合最佳值，因此W*和α*下的180度翻转控制已经比较容易实现，可以选择现有控制策略进行实现。
(6)设计最佳翻转攻角到翻转目标攻角的机动策略
采用常规攻角控制方法实现飞行器从α*机动到翻转目标攻角αf，完成高速飞行180度翻转控制。
本发明充分考虑了新型高性能飞行器在180度翻转过程中气动外形的显著改变，确定了最佳翻转攻角，并对攻角机动路径进行了合理规划，明确了最佳翻转控制流程，使得整个机动过程中都在飞行器合理的稳定性和操纵性条件下进行，翻转可靠性高。
仿真实验表明，应用本发明的翻转控制方法，在巡航模式、滑翔模式的转变过程中，在飞行器的气动特性、操纵性、稳定性、飞行力学特征大幅、剧烈变化时，飞行器仍能快速可靠翻转。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (3)
1.一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)获得飞行器气动参数、转动惯量J、控制舵可用范围F、控制舵裕量要求ε、最佳翻转状态评价标准P、翻转马赫数Ma、翻转初始攻角α0、翻转目标攻角αf；
(2)将飞行器180度翻转前、后两个气动外形分别记为W1、W2，求解W1的可控攻角范围A和W2的可控攻角范围B，A和B的交集C即为翻转前后两个气动外形下共同的可控攻角范围；
(3)在翻转前后两个气动外形下共同的可控攻角范围内确定飞行器的最佳翻转外形W*和最佳翻转攻角α*；
(4)通过常规攻角控制方法实现飞行器从翻转初始攻角α0机动到最佳翻转攻角α*；
(5)控制飞行器在最佳翻转攻角α*处实现180度翻转；
(6)采用常规攻角控制方法实现飞行器从α*机动到翻转目标攻角αf，完成高速飞行180度翻转控制。
2.根据权利要求1所述的一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，其特征在于：所述步骤(3)的实现方法为：
(2.1)对于气动外形W1，在可控攻角范围A内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数、航向动稳定参数；
(2.2)对于气动外形W2，在可控攻角范围B内计算俯仰、偏航、滚转三通道的稳定性导数和操稳比，并计算横航向的副翼操纵偏离参数、航向动稳定参数；
(2.3)根据翻转前后两个气动外形下的上述参数计算结果，依据总体给定的最佳翻转状态评价标准P，在翻转前、后两个气动外形间确定最佳翻转外形W*和对应的最佳翻转攻角α*。
3.根据权利要求1所述的一种高速飞行强适应性180度翻转控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中可控攻角范围A为W1下配平舵偏不饱和且满足控制舵裕量要求ε的攻角范围，可控攻角范围B为W2下配平舵偏不饱和且满足控制舵裕量要求ε的攻角范围。
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