一种增强飞机水面纵向滑行稳定性的控制律设计方法与流程

本发明属于大型灭火水陆两栖飞机电传飞控控制律设计领域，涉及一种增强飞机水面纵向滑行稳定性的控制律设计方法。

背景技术：

1、水上飞机在水面运动时飞机的水动和气动升力、阻力和力矩随速度变化而不断变化，因此，飞机的运动姿态也随着速度在不断的变化。这些变化造成水上飞机在水面起降过程中存在不稳定因素，包括俯仰角过大或过小时导致稳定性下降，甚至发生不稳定运动造成的上不稳定区域。为了改善飞机水面纵向滑行稳定性，传统的设计方法是通过修改飞机的船体外形，经过反复迭代获得满足要求的船体外形设计。船体外形更改，需要完成大量的测试试验和验证周期。在船体外形不更改的情况下，通过控制律设计，增强飞机水面纵向滑行稳定性，从而提高飞机的水面滑行抗干扰能力，减轻飞行员的操纵负担。

技术实现思路

1、发明目的

2、当飞机在水面高速滑行时，由于水动力作用，导致飞机的纵向稳定性会有所下降。本技术在更改飞机船体外形设计的前提下，通过电传飞行控制系统，通过引入俯仰角速率q信号,通过一定比例增益kq，反馈叠加到前向操纵指令上，形成增稳系统，提高飞机水面滑行时的纵向稳定性，增强水面滑行抗干扰能力，减轻飞行员的操纵负担。

3、技术方案

4、一种增强飞机水面纵向滑行稳定性的控制律设计方法，包括如下步骤：

5、步骤1：通过反馈俯仰角速度q，形成阻尼反馈通道a。反馈增益kq随校正空速空速变化，即根据实时的校正空速vcas进行插值获得。在低速时反馈增益设置为0，从而防止升降舵舵效较低时频繁发生满偏度作动；

6、步骤2：将俯仰角速率信号通过高通滤波洗出网络，获得俯仰角加速度参数，通过一定比例增益后，进一步限幅，形成阻尼反馈通道b。，从而进一步增强飞机水面滑行时的纵向稳定性。

7、步骤3：通过反馈通道a和通道b叠加后的指令，进行进一步限幅，叠加至前向操纵指令上，形成闭环控制系统。

8、进一步的，所述步骤1中，反馈增益值的设计根据设计经验总结获得，见下表所示。

9、 vcas(km/h) 0 100 130 200 kq 0 0 0.4 0.4

10、。

11、进一步的，所述步骤2中高通滤波具体为s/s+4。

12、进一步的，所述步骤2中限幅量为全权限的5％。

13、进一步的，所述步骤3中限幅量为全权限的30％。

14、进一步的，所述步骤3中限幅量，用于降低俯仰角速率信号错误带来的影响。

15、进一步的，纵向二阶短周期运动模型：

16、

17、上式中符号表示如下所示

18、δα——为飞行迎角；

19、q——为飞机俯仰角速度；

20、——为飞行迎角变化率

21、——为俯仰角加速度

22、δδe——为升降舵偏度

23、参数zα、zδe、为飞机气动力大导数，用于表征飞机的气动力特性。

24、进一步的，由纵向短周期运动的阻尼比计算公式可得：

25、

26、由上式可知，v表示飞行速度。纵向短周期的阻尼比ξsp主要取决于mq。而mq的值正是反映飞机自身俯仰阻尼力矩的值。因此，通过反馈俯仰角速度来增大俯仰阻尼力矩，可以有效提高飞机的纵向阻尼比ξsp。

27、进一步的，无阻尼时的传递函数为

28、

29、进一步的，俯仰阻尼器的控制律(当φ＝0时)为

30、

31、进一步的，有阻尼器时的传递函数为

32、

33、进一步的，有阻尼器时的固有频率和阻尼比分别为

34、

35、式中，k＝kqke

36、通过比较有无阻尼器的系统传递函数，可得恰当选择k可增大阻尼比，改善飞机的阻尼特性。增加俯仰阻尼后，飞机的静操纵性会有所降低，但由于大型灭火水陆两栖飞机在水面滑行时的操纵性较为充足，故牺牲部分操纵性飞机仍是具有较满意的操纵性。

37、本申请的有益效果在于：

38、本发明逻辑结构简单，在船体外形不更改的情况下，通过控制律设计，由机载传感器测得的俯仰角速率信号，通过反馈增益后叠加到前向控制指令，从而形成增稳系统，可以增强飞机在水面滑行时的纵向稳定性。

技术特征：

1.一种增强飞机水面纵向滑行稳定性的控制律设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，反馈增益值的设计根据设计经验总结获得，见下表所示；

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中高通滤波具体为s/s+4。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2中限幅量为全权限的5％。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中限幅量为全权限的30％。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3中限幅量，用于降低俯仰角速率信号错误带来的影响。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，纵向二阶短周期运动模型：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，由纵向短周期运动的阻尼比计算公式可得：

技术总结
本发明属于电传飞控控制律设计领域，涉及一种增强飞机水面纵向滑行稳定性的控制律设计方法。通过反馈俯仰角速度q，形成阻尼反馈通道A。反馈增益Kq随校正空速空速变化，即根据实时的校正空速VCAS进行插值获得。在低速时反馈增益设置为0，防止升降舵舵效较低时频繁发生满偏度作动；将俯仰角速率信号通过高通滤波洗出网络，获得俯仰角加速度参数，通过一定比例增益后，进一步限幅，形成阻尼反馈通道B，从而进一步增强飞机水面滑行时的纵向稳定性。通过反馈通道A和通道B叠加后的指令，进行进一步限幅，叠加至前向操纵指令上，形成闭环控制系统。通过反馈增益后叠加到前向控制指令，从而形成增稳系统，可以增强飞机在水面滑行时的纵向稳定性。

技术研发人员：廖海君,李康孛,刘卓
受保护的技术使用者：中航通飞华南飞机工业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5