1、多發飛機空中不對稱停車時駕駛員最正確操縱規律研究多發飛機空中不對稱停車時駕駛員最正確操縱規律研究.txt愛爾蘭一個不離婚的國家，一個一百年的約定。難過了，不要告訴別人，因為別人不在乎。真話假話都要猜，這就是現在的社會。 本文由10號戰機奉獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 多發 飛 機 空 中不 對稱 停 車 時 駕 駛 員最正確 操 縱規律研 究 史 志軍 所 王 建培 西 北 工 業 大學 摘 本文 利 用 最 優 控 制 的 基 不 原 理 型 , , 要 建 立 了水 解多 發 飛 機 不 對稱 停 車 時 駕 駛員 最 佳 操 縱

2、 規律 的 數 學 模 , 介 紹 了 求解 這 類 對 控 制 量 變 化 幅值 及 速 率 有 約 束 的 最 優 控 制 問 題 的 數 值 計 算 方 法 并 以 , “ 安一 為 飛機算 例 說明 , 對 駕 駛 員 的 最 佳 操縱 規 律 進 行 了 計 算 。 通 過 對計算結果 的 分析和 與試飛 結 果 的定 性 比 較 , 用 最 優 控 制 理 論 求 多發 飛 機 不 對 稱 停 左 時 駕 駛 員 的 最 佳 操 縱 規 律 是 可 行 的 。 計算 結 果亦 是合 理 和可信的 一 一 、 引 , 言 飛 機 的運動是 十分 復雜和 危 險的 、 。 多 發 飛

3、機 在 飛 行 過 程 中不 對 稱 停 車 時 的 情 況 是 飛機在 起 飛 時不 對稱 停車 , 最 為嚴 重 、 由于 此 時 飛 機 速 度 小 , 高度低 、 不 對稱 力矩大 。 飛 機 舵 面操 縱效 率 低 以 , , 如 果 駕駛 員 的 操 縱 稍 有 不 當 二 、 都 有可 能 造 成 飛 機 事 故 的 發 生 。 所 研 究 駕 駛 員 在 此 時 如 何進 行 操 縱 才 能 保 證 飛 機 的 安 全 飛 行 是 十 分 重 要 的 當然 夕 進 行 飛 行試 驗是 最 汗 , 一 最可 靠 的 。 但在 飛 行試 驗前 有必 要 通 過 理 論 計 算求 出

4、 。 駕駛 員 的 合理操縱規 律 為 實 施 明 于試 驗 提 供 資料 , 一 一 鑒 于 目 前 國 內在 這 一 方 面 的 研 究 都 只 限于 飛機不對稱 停車時 匕 瞬態反響 的計算 機 夕 對 駕駛 員 的 操 縱 規 律 及 其 計 算 方 法 尚 , 未 進 行仔細 研究 縱規律 的 方法 , , 作 者 從 最 優控 制 理 論 的基 本原 理 出發 “ 建 立 了 一 種 求解 駕駛 員 最正確 操 并以 安 一 飛 機 作 為 算例 。 , 就 飛 機 在 起 飛 狀 態 空 中一 發故 障停 車 情 。 況 下 駕駛員 的 最正確 操 縱 規 律 進 行 了計 算

5、本 文只 就對控 制 量 有 約 束 的 最 優 控 制 問題 的 數 有 關 飛 機 對稱 飛 行 狀 態 和 、 。 值解 法 及 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規 律 的 數 學 模 型 作 比 較 詳 細 的 介 紹 不 對 稱 飛 行 狀態 平 衡 方 程 的 求 解 方 法 及 飛 機 氣 動 模 型 的 建 立 請 參 閱 參 考 文 獻 二 、 拄制 量 有 約 束 的 最 優 控 制 問題 的數 值 解 法 , 在 實際控 制系統 中 控 制量 變化 的幅 值和 速 率往 往 要 受到 限制 , 。 就 飛機 在 起 飛 狀 態 、 發動 機 不 對 稱 停 車 這 一 危 險

6、 情 況 而 言 由于 此 時 飛 機 速 度 小 、 高 度低 動 力不對稱 力矩 多發 飛機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規 律 研究 · · 大 , 這 就 要 求 飛 機 的 操 縱 面 偏 角 大 而 且 操 縱 面 偏 轉 速 度盡 量 快 但 是 飛 機 操 縱 面 的 最 大 , 。 偏 角 要 受 飛 機 結構 本 身 的 限制 速 率 也 要 受 到 限制 。 , 而 且 駕 駛 員及 舵機 的 功 率 是 有 限 灼 。 , 操 縱面偏 轉的最大 對 于 求 解 駕駛 員 的 因此 , 此 時計 入 舵 面偏 轉 的 幅

7、值 及 速 牢的 限 制 , 最正確 操 縱 規律 以 及 飛機 的 運動 過程 是 十 分必 要 的 設 受 控 系 統 由下 列 常 微 分 方 程 組 描 述 , 夕 這 類 最優 控 制 問題可 以 表 示如 下 創 。 , 初始條件 這里 , 。 二 。 工 , , , ,幾 , 是 維 狀態 向量 “ · , 表 示對 時 間的微 分 , , , , 是 維控 制 向量 , , 是 維 向量 函 數 。 考 慮 一 般 性 能指 標 一 , 一 一 一 小 , 。 , “ , 其中 , 。、 , 分 別 表 示 固 定 初 始 時 間 和 終端 時 間 必 須 滿 足 約

8、 束 條件 代表 終端 狀 態 。 控 制 向量 , 。 , , 。 。, 其中 夕 、 、 , 、 均 為 維 常 向量 , 要求最優控制 在 滿足 約 束 , 及 式 , 使 式 中 取 極小值 , 。 自 , 。 出發 , 時 刻到 達 終端 狀態 而 且這 一 運 動過程 使 式 , 作者應用變分法 件 , 一 “ , 的根本原 理導 出了 夕 使 。 取 得弱極小 值 的 必 要 條 , 并 在 此基 礎上 將求解無 約束最優控 制 問題 灼最 優梯度法加 以 推廣 。 用來求解對控制 量 有 約 束 的 最 優控 制 問題 下 面介 紹 具 體 的 數 值 計 算方 法 、 首 先

9、定義 約束 算 子 對 于 任何 控 制 如下 了 幾 假設 假設 假設 ? , 試 簇 飛 行 力 學 理論分析 假設 侖 二 , 假設 假設 , ? 。 ? 式中 一 。 , , , 八 顯 見 這 兩 個 算子 保 證 了 , 滿足 約束條件 及 式 。 具 體算法 給 出初始控制 變量 計算 以 “ 吃 。 。 、 “ 夕 為 初值 , 從 。 到 積 分狀態 方程 式 并 計算 式 指 標 函 數 毛 。 的值 計 算 共 輛向量 久 六 在 終端 時刻 口 小 口 , 的值 幾為 維 共 扼 向量 并以 雙 為 初值從 到 。 反 向積 分共物方程 組 口 。 , , 入 口 甲

10、, , 二, 幾又 , 、 口 。 下 叮 計算 指 標 函數梯度 一 。 一 入 , , 少 無 約束 。 在 約 束之 內 , , , , 。 。 在 約束之外 一 , , , 式中 , 無約束 一 令 石 二 一 一 爪 口 丁 日 一 , , , 、 一 一 不 二 一 一 , 幾 、 少 石 , 臺 石 而 。 。 虧 , 表示迭代步長 通 過 三 個 步 長 的 結 果可 以 用 二 次 擬 合 法 求 出 最 佳 步 長 。 計算框 圖 見 多 發 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員最 佳 操縱 規 律 研 究 圖 計 算 半斷 。 訂 “ 一 。 石 。 一 是

11、否滿足 精度 要 求 。 。 假設 已滿足 那么 終 止 計 算 否 那么 , 。 而 代替 廠。 、 , 并轉回 重 新計算 計算框 圖見 圖 。 三 、 駕駛 員 最 佳 操 縱 規 律 的數 學模 型 , 有 了上 述 對 控制 量 有 約束 的 最 優 控制 問題計算方 法后 下 面根 據具 體的 受控對 象即 。 飛 機 的 運 動 特 性來 建 立 飛機 的 運 動 方程 以及 能 反映駕 駛 員 客 觀 要求 的 性 能指標 函 數 飛機 的運 動 方 程 及 初始 條件 為 了 能 充 分 地 反 映 飛 機 在 不 對稱 停 車 時 的 運 動 特 性 十二 階非 線 性微

12、分 方 程 組 , , 飛機 的 運 動方程 采 用六 自由度 式中 , 。, 。, 。二 , 。 , 。 , , 沖 , , , 二 , , 其 具 體表 達 式 詳 見 參考 文 獻 初始條件 。 。 賈 表 示 飛機 不 對稱 停車后 , 這里 縱 , , 為駕駛 員 延 遲 反響 的 時 間 時刻 飛機 的 運動狀態 性 能 指標 的選 取 。 駕 駛 員 不 加 任何 操 在 性 能 指 標 應 是 駕 駛 員 對 飛 機 運 動 要 求 的 綜 合 反響 。 只 有 性 能 指 標 比 較 客 觀 地 反映 了 。 駕駛 員 的要求 首先 , , 在 這 一 性 能 指 標 下 所

13、 求 得 的 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規 律 才 有 實 際 意義 , 假 定 飛 機 在 起 飛 狀 態 空 中不 對稱 停 車后 。 駕 駛 員 的 延遲 反響 時 間為 。 秒 。 此 時 飛 機 在 很 大 的 橫 航 向 不 對 稱 力 矩 作 用 下 向 故 障 發 動 機 一 側 滾轉 并偏 航 應 的計算結果 知道 增 加 的重 要 因 素 。 從飛機瞬態反 , , 飛 機 的 滾 轉 角 丫是 單 調 增 加 的 而 飛 機 的 側 滑 角 是 導 致 滾 轉 角 丫很 快 , 因 此 駕 駛 員 的 操 縱 首 先 是 使 飛 機 的 滾 轉 角 丫和 側 滑 角 兩民

14、快 減 小 。二 并 使 飛機 的 滾 轉 角速 度 態 空 中速 度 小 、 和 偏 航 角 速 度衡 盡 快 減 小 并 趨 于 零 , 。 同時 , 由于 飛 機 在 起 飛 狀 , 高 度 低 且 發 生 不 對稱 停 車后 飛 機 發動 機 可 用功率 大為 減 小 故 駕駛 員 的 。 操 縱還 應 使 飛 機在 盡 可 能 范 圍 內增 速 和 爬 高 通過 以上 對 飛機 運 動過 程特性 的 分析 , 。 最 后 使 飛 機進 入 不 對 稱 平 衡 狀 態 的 飛 行 。 擬采 用下 述形式 的性能指標來 反映駕駛員 的 實際要 求 · · 飛 行 力

15、學 一 理 論 分析 , 中 又 , , , 。 , , 一 。經 。 姜 一 、 “ 、 。 嘗 。 丫 一 丫入 。 、 。 丁 。 , 丫 一 丫 “ 一 一 。 呈 , 、 。 篡 。 。 一 “ 其中 對 , , , , , , 二 , , 林 均為 罰 因子 , 。 , 分別 表 示 初 始 時 刻 駕 駛 , 員開始操 縱的時刻 時刻飛機 速度 、 和 終端 時刻 。 丫 , 分別 為 飛機在 合理操 縱規 律 下 運 動 時 改變 和 。 滾 轉 角及 高 度 的 期 望 值 。 。 , 可 以 得到 飛機 以爬高 為主 略帶 增 速或 以增 速為主 略帶爬高 的 駕駛 員 最

16、正確操 縱規 律 終端 狀 態 相對應 的 駕 駛 員 最 佳操 縱 規 律 轉速率 的 限制 有 了 飛 機 的 狀 態方程 和 駕駛 員 的 性 能 指 標 函 數 , , 改 變丫 那么 可 以 得 到 與 飛 機 各 種 便可 以 計 入 飛 機舵 面偏 角大 小 和偏 。 應 用 前 述對 控 制 量 有 約 束 的 最優 控制 問題 的 數 值 解 法進行 求 解 四 以 “ 、 算例 及 結 果 分 析 , 一 安 一 一 吃 為例 機 , 假 定 飛 機在 起 飛 離 地 后 右 發故 障停 車且 螺 旋 槳 自動順 槳 駕 。 駛 員 的 延 遲 反 應 時 間為 秒 計算

17、狀 態 為 航跡 角 。 飛 重量 機 , , 飛行速度 “ 。 二 , , 飛機 離地高 度 。 , 。 飛 機 襟 翼偏 角 , 起 落架 放 下 乙 發動 機處 于額 定工作 狀態 。 根 據 參 考 文 獻 取 飛機 副 翼 偏 角 , 、 、 、 方 向舵 偏 角 和 升 降舵 偏 角 的約束 條件為 、 “ , ? , “ “ 簇 計算結果如圖 由圖 。 。 。 一圖 一 所示 。 可知 , 飛 在 一 發停 車且 螺 旋 槳 機 。 動順 槳 后 , 只 要駕 駛員操 縱合理 , , 飛機 仍 能在 增 速 的 同 時 高 度 也 有所 增 加 當然 , , 由于 飛 機 剩 余

18、 功 率 的 減 少 計算 結 果 中 。 。 一 飛 灼航跡 角 。 機 在 一 發停 車后 將 明 顯 減 小 內 , 。 需 要說 明 的 是 , , 在 飛 機 一 發停 車后 的 前 幾 秒 , 飛機 高 度 增 加太 快 , 而 飛 行 速 度有所 減小 這 是 因 為在 計 算 中選 取 了 飛 機故 障 前 飛 機 由 于 慣 性的 作 用 , 無 加 速而 單純 爬 高的 平 衡 狀 態 航 跡 角的 減 小 需 要 一個 過 程 “ 一 。 作 為 初始狀態 , 一 發 停 車后 , 其 在 這段 時間 里 , 顯然 飛 機 的 阻 力 以及 飛 機重 力在 阻 力 方 。

19、 向分量 之 和 大于發動機螺 旋槳總 的 拉 力 由于 所 以 飛 機 速 度在 此 時 間 里 有 所 減 小 , 安 飛 機螺 旋 槳拉 力 線 高 于重 心 飛 機 右 發 停 車后 , 其拉 力較 快 下 降 , 多 發 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員最 佳 操縱 規 律 研 究 飛 機 上 有 一 抬 頭 力矩作 用 。 · · 為 消除 該 抬 頭 力矩 。 , 同時減小 飛 機 的 航跡 角 , , , 以利 于 飛 機 , 的增速 , 駕 駛 員 在 一 發停 車 后 應 立 即 推 桿 , 然而 隨 著故 障 發動機 螺 旋 槳拉 力的

20、 減小 作 一 用 于 飛 機 平 尾 上 的 滑 流影 響 逐 漸 消 失 同 時 升 降舵 效 率 下 降 以 消除這 個低頭 力矩 飛 又逐 漸 產 生 了 一 個 低 機 。 頭 力矩 。 對此 , 駕 駛 員 又應 逐 漸 拉 桿 所示 , 。 , , 防止 飛 機 掉高 度 。 故升降 舵偏角 從圖 , 的 變化如 圖 至圖 。 這 一 操 縱 規 律 與試 飛 結 果 間 比 較 是 相 符 的 秒 鐘后 , , 可 以看出 在駕 駛員操縱約 丫 一 一 吃 的 滾 轉角速度。 和偏 航角 機 “ 。 速 度 。 已趨 于零 向舵 偏 角 , 在 此過程 中 “ 二 功 一 “

21、日 飛 機 副 翼偏 角 。 、 和 方 一 的 變 化 過 程 屬 于 階躍 超 調 振 蕩 這 一 形 式 的 操 縱 規 律 由 圖 可 知 故障發 , 動 機 停 車 螺 旋 槳 自動順 槳后 需 要指 出的是 留 增加得很慢 , 一 秒 其 螺 旋 槳拉 力 達 最 小 值 , 二 , 此 時 飛 機上 動 力不 對稱 。 力 矩 最 大 從 而 副 翼 和 方 向舵 偏 角 也 分別 達 到 最 大 值 并 不 是 單 調 地 從零 增 至 最 大值 。 二 , 。 二 “ 。 , 而是在 。 一 秒的 時 間 出 現 了停 , 這 是 因 為 故 障 發 動 機 螺 旋 槳 拉

22、力 的 下 降 在 此 時 間 里 要 出現 回 升 這 一 結果 與試 飛 結 果 民 十 分吻 合 , 以 后 再下 降至 最 小 值 從 整 個計算結 果可 以 看 出 順槳后 , “ 安 一 飛 機 起 飛 狀 態 空 陽 發 故 障 停 車 且 螺 旋 槳 自動 右 , 一 只 要 駕 駛 員操 縱 合 理 。 , 飛 機 將會 在 經 過 短 時 間 灼 振 蕩 后 安 全地 進 行 不 對稱 平 衡狀態的飛行 通 過 以 上 對 計 算 結 果 的 分析和 與 試 飛 結 果 的 比擬 說 明 , 用 最 優 控制 理 論 求 解多發 飛 。 機 不 對 稱 停 車 時 駕 駛

23、員 的 最 佳操 縱 規 律 是 可 行 的 還 可根據不 同 的氣 動模型 紹 的 計 算方 法求 出 相應 的 駕駛 員 最正確 操 縱 規 律 下 遭 遇 故 障 時 對 飛 機 實施 操 縱 的 參考 依 據 。 , 計算結果也是 合理和可 信的 , 同時 , 如 故 障 發 動 機 螺 旋 槳 人 工 順 槳 和 不 能順 槳 等 , 應 用本 文介 作 為 駕駛 員 試 飛 時或 在 相應 的 飛 行 狀 態 一 下 喲 、 一口 士 些 言 吞 卜臼 通 過 以 上 的 計 算和 分 析 用 “ , 并與試 飛 結果 比擬 , 可 得如 下 結論 , 最優 控 制 理論 求 解

24、多 發 飛 機 空 中不 對 稱 停車 時 , 駕 駛 員 的 最 佳操 縱 規 律 。 是可行 的 , 且經分析和 與試 飛結果的 定性 比擬 , 說 明計算結 果 亦是 合理 的和可 信 的 。 當 對 控 制 量 變 化 幅值 及 速 率 有 限 制 時 , 本 文 提 出 了 求 解 這 類 最 佳 控 制 問題 的 數 隨 時 間變 化 的 規 律 就 是 開 環 的 最 佳 操 縱 值解法 規律 依據 , , 編 制 了 計 算程 序 對 算例 進 行 計 算 本 文所 得 出的 三個舵 面偏 角 、 取 得 了合 理可 用 的 結 果 、 可 作 為 駕 駛 員 在 試 飛 時

25、或 在 相 應 的 飛 行 狀 態 下 遭遇 故 障 時 對 飛 機 實 施 操 縱 的 參考 。 本 文 的 計 算 方 法適 用 于 求 解 任 何 多 發 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 縱 規 律 以 及 飛 機 相應 的 運 動 過 程 本 文 的 算 例 雖 只 計 算 安 。 , 駕駛 員 的 最正確操 “ 一 飛機 , 但 得 出的 結論 對同 類 飛 機 也 有一 定 的 參考價 值 。 飛 行 力 學 理 論分析 參 且 尹 氣 戶 考 文 獻 、 曰 產 尸 、 史志 軍 究 , 、 王建培 多 發 飛 機 空 中動 力不 對 稱 損 失 時 駕 駛 員 最 佳 操縱 規 律 的 計 算 , 分 析 與研 西 北 工 業 大 學碩士 學 位論 文 、 年 月 , 肖業 倫 一 尸 夕 、 高仍 清 , 多 發 渦 輪螺 槳 飛 機 非 對 稱 動 力 空 中 飛 行 品 質 計 算 北 京 航 空 學