一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法与流程

本发明属于飞机运动特性分析领域，具体涉及一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法。

背景技术：

1、对于一些放宽静稳定性设计的飞机，配平点可能在大迎角时出现，这种飞机在进入深失速状态后，由于升降舵操纵效能严重降低，不能产生足够的俯仰恢复力矩，飞机将会被锁定在深失速状态，导致飞机急速的掉高。深失速飞行状态稳定且危险，飞机进入深失速危险状态后，需要尽快破坏这种不利的稳定状态，最常用就是通过抖杆器来改出，抖杆器的振幅和频率影响着改出效率，找到合适的抖杆振幅和频率至关重要，需要分析飞机在大迎角时的动力学特性。

2、基于分支与突变理论的分岔分析已经被证明是非线性动力学特性研究的有力工具，由于该方法能够预测许多非线性现象，提供的见解非常有价值，使其成为研究非线性系统动力学特性的流行选择。尽管分岔分析有许多优点，但目前在非线性系统上实现的分岔分析无法捕捉非线性动力学中的非平衡元素。

3、在线性系统理论中，谐波输入产生相同频率的谐波输出，而非线性系统的输出可能包含多个频率。此外，在线性系统中强迫频率或强迫振幅的平滑变化会产生响应振幅和相位的平滑变化。在非线性系统中，响应依赖于强迫频率和振幅，并可能产生双稳解。例如输入频率的平稳变化可能导致振幅和相位的突变，即跳跃现象。非线性系统的强迫振动已得到深入研究，但其应用主要局限于结构工程。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，基于分支与突变理论和线性频域响应，将分岔分析拓展至非线性频域响应分析之中，得到合适的抖杆振幅和频率。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，包括以下步骤：

4、建立飞机的非线性数学模型；

5、将舵面偏角作为外部强迫输入，将飞机的运动状态作为观察的响应，绘制飞机各个运动状态与舵面偏角频率之间的伯德图，分析非线性特性，得出飞机在大迎角时的运动特性，并得到合适的频率使得飞机脱离深失速状态。

6、有益效果：本发明提供了一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，提出一种结合分岔分析的非线性系统频域响应方法，用于分析飞机在大迎角时的动力学特性扩展了分岔分析的应用形式，将飞机非线性系统视为一个谐波强迫系统并采用频域方法来进行分析，将舵面偏角作为外部强迫输入，将飞机的运动状态作为观察的响应，绘制飞机各个运动状态与舵面偏角频率之间的伯德图，结合分岔分析中的连续算法，找到飞机非线性系统对谐波强迫输入的周期响应，并以“非线性波德图”的形式呈现结果，与线性伯德图不同，非线性波德图不涉及系统运动方程的任何线性化，从而允许一些非线性元素直接反映在图中；分析非线性特性，得出飞机在大迎角时的运动特性，并得到合适的频率使得飞机脱离深失速状态。

技术特征：

1.一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，所述飞机的非线性模型由动力学和运动学两部分组成。

3.根据权利要求2所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，飞机在动坐标系中表示的质心动力学矢量形式为：

4.根据权利要求2所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，为了确定飞行器在空间的飞行轨迹，需要建立飞行器的质心运动方程，由于地面坐标系速度分量分别是质心空间坐标的微分，由航迹坐标系到地面坐标系的转换矩阵可得出质心运动学方程：

5.根据权利要求2所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，飞机在动坐标系中表示的飞行器绕质心转动动力学方程：

6.根据权利要求5所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，飞机关于机体xoz平面对称，所以惯性积ixy＝iyz＝0，得：

7.根据权利要求2所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，转动运动学方程为：

8.根据权利要求2所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，飞机的气动模型具体表达式如下：

9.根据权利要求1所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，在绘制飞机各个运动状态与舵面偏角频率之间的伯德图时，对伯德图的纵坐标进行定义，如下所示：

10.根据权利要求1所述的用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，其特征在于，对战斗机系统进行非线性频域分析，升降舵偏角采用a sinωt的形式用来生成强迫振荡信号，得到的不同幅值和频率下的非线性频域响应结果，根据响应结果确定使飞机尽快脱离稳定的深失速状态的强迫振动输入。

技术总结
本发明公开了一种用于改善飞机在大迎角下深失速状态的方法，属于飞机运动特性分析领域，提出一种结合分岔分析的非线性系统频域响应方法，用于分析飞机在大迎角时的动力学特，性扩展了分岔分析的应用形式，将非线性系统视为一个谐波强迫系统并采用频域方法来进行分析，结合分岔分析中的连续算法，找到非线性系统对谐波强迫输入的周期响应，并以非线性波德图的形式呈现结果，得出飞机在大迎角时的运动特性，并得到合适的频率使得飞机脱离深失速状态。

技术研发人员：龚正,张艺,白亚磊
受保护的技术使用者：南京天晴航空航天科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8