多发飞机空中不对称停车时驾驶员最佳操纵规律研究[教育]

1、多发飞机空中不对称停车时驾驶员最正确操纵规律研究多发飞机空中不对称停车时驾驶员最正确操纵规律研究.txt爱尔兰一个不离婚的国家，一个一百年的约定。难过了，不要告诉别人，因为别人不在乎。真话假话都要猜，这就是现在的社会。 本文由10号战机奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 多发 飞 机 空 中不 对称 停 车 时 驾 驶 员最正确 操 纵规律研 究 史 志军 所 王 建培 西 北 工 业 大学 摘 本文 利 用 最 优 控 制 的 基 不 原 理 型 , , 要 建 立 了水 解多 发 飞 机 不 对称 停 车 时 驾 驶员 最 佳 操 纵

2、 规律 的 数 学 模 , 介 绍 了 求解 这 类 对 控 制 量 变 化 幅值 及 速 率 有 约 束 的 最 优 控 制 问 题 的 数 值 计 算 方 法 并 以 , “ 安一 为 飞机算 例 说明 , 对 驾 驶 员 的 最 佳 操纵 规 律 进 行 了 计 算 。 通 过 对计算结果 的 分析和 与试飞 结 果 的定 性 比 较 , 用 最 优 控 制 理 论 求 多发 飞 机 不 对 称 停 左 时 驾 驶 员 的 最 佳 操 纵 规 律 是 可 行 的 。 计算 结 果亦 是合 理 和可信的 一 一 、 引 , 言 飞 机 的运动是 十分 复杂和 危 险的 、 。 多 发 飞

3、机 在 飞 行 过 程 中不 对 称 停 车 时 的 情 况 是 飞机在 起 飞 时不 对称 停车 , 最 为严 重 、 由于 此 时 飞 机 速 度 小 , 高度低 、 不 对称 力矩大 。 飞 机 舵 面操 纵效 率 低 以 , , 如 果 驾驶 员 的 操 纵 稍 有 不 当 二 、 都 有可 能 造 成 飞 机 事 故 的 发 生 。 所 研 究 驾 驶 员 在 此 时 如 何进 行 操 纵 才 能 保 证 飞 机 的 安 全 飞 行 是 十 分 重 要 的 当然 夕 进 行 飞 行试 验是 最 汗 , 一 最可 靠 的 。 但在 飞 行试 验前 有必 要 通 过 理 论 计 算求 出

4、 。 驾驶 员 的 合理操纵规 律 为 实 施 明 于试 验 提 供 资料 , 一 一 鉴 于 目 前 国 内在 这 一 方 面 的 研 究 都 只 限于 飞机不对称 停车时 匕 瞬态反响 的计算 机 夕 对 驾驶 员 的 操 纵 规 律 及 其 计 算 方 法 尚 , 未 进 行仔细 研究 纵规律 的 方法 , , 作 者 从 最 优控 制 理 论 的基 本原 理 出发 “ 建 立 了 一 种 求解 驾驶 员 最正确 操 并以 安 一 飞 机 作 为 算例 。 , 就 飞 机 在 起 飞 状 态 空 中一 发故 障停 车 情 。 况 下 驾驶员 的 最正确 操 纵 规 律 进 行 了计 算

5、本 文只 就对控 制 量 有 约 束 的 最 优 控 制 问题 的 数 有 关 飞 机 对称 飞 行 状 态 和 、 。 值解 法 及 驾 驶 员 最 佳 操 纵 规 律 的 数 学 模 型 作 比 较 详 细 的 介 绍 不 对 称 飞 行 状态 平 衡 方 程 的 求 解 方 法 及 飞 机 气 动 模 型 的 建 立 请 参 阅 参 考 文 献 二 、 拄制 量 有 约 束 的 最 优 控 制 问题 的数 值 解 法 , 在 实际控 制系统 中 控 制量 变化 的幅 值和 速 率往 往 要 受到 限制 , 。 就 飞机 在 起 飞 状 态 、 发动 机 不 对 称 停 车 这 一 危 险

6、 情 况 而 言 由于 此 时 飞 机 速 度 小 、 高 度低 动 力不对称 力矩 多发 飞机 空 中不 对 称 停 车 时 驾 驶 员 最 佳 操 纵 规 律 研究 · · 大 , 这 就 要 求 飞 机 的 操 纵 面 偏 角 大 而 且 操 纵 面 偏 转 速 度尽 量 快 但 是 飞 机 操 纵 面 的 最 大 , 。 偏 角 要 受 飞 机 结构 本 身 的 限制 速 率 也 要 受 到 限制 。 , 而 且 驾 驶 员及 舵机 的 功 率 是 有 限 灼 。 , 操 纵面偏 转的最大 对 于 求 解 驾驶 员 的 因此 , 此 时计 入 舵 面偏 转 的 幅

7、值 及 速 牢的 限 制 , 最正确 操 纵 规律 以 及 飞机 的 运动 过程 是 十 分必 要 的 设 受 控 系 统 由下 列 常 微 分 方 程 组 描 述 , 夕 这 类 最优 控 制 问题可 以 表 示如 下 创 。 , 初始条件 这里 , 。 二 。 工 , , , ,几 , 是 维 状态 向量 “ · , 表 示对 时 间的微 分 , , , , 是 维控 制 向量 , , 是 维 向量 函 数 。 考 虑 一 般 性 能指 标 一 , 一 一 一 小 , 。 , “ , 其中 , 。、 , 分 别 表 示 固 定 初 始 时 间 和 终端 时 间 必 须 满 足 约

8、 束 条件 代表 终端 状 态 。 控 制 向量 , 。 , , 。 。, 其中 夕 、 、 , 、 均 为 维 常 向量 , 要求最优控制 在 满足 约 束 , 及 式 , 使 式 中 取 极小值 , 。 自 , 。 出发 , 时 刻到 达 终端 状态 而 且这 一 运 动过程 使 式 , 作者应用变分法 件 , 一 “ , 的根本原 理导 出了 夕 使 。 取 得弱极小 值 的 必 要 条 , 并 在 此基 础上 将求解无 约束最优控 制 问题 灼最 优梯度法加 以 推广 。 用来求解对控制 量 有 约 束 的 最 优控 制 问题 下 面介 绍 具 体 的 数 值 计 算方 法 、 首 先

9、定义 约束 算 子 对 于 任何 控 制 如下 了 几 假设 假设 假设 ? , 试 簇 飞 行 力 学 理论分析 假设 仑 二 , 假设 假设 , ? 。 ? 式中 一 。 , , , 八 显 见 这 两 个 算子 保 证 了 , 满足 约束条件 及 式 。 具 体算法 给 出初始控制 变量 计算 以 “ 吃 。 。 、 “ 夕 为 初值 , 从 。 到 积 分状态 方程 式 并 计算 式 指 标 函 数 毛 。 的值 计 算 共 辆向量 久 六 在 终端 时刻 口 小 口 , 的值 几为 维 共 扼 向量 并以 双 为 初值从 到 。 反 向积 分共物方程 组 口 。 , , 入 口 甲

10、, , 二, 几又 , 、 口 。 下 叮 计算 指 标 函数梯度 一 。 一 入 , , 少 无 约束 。 在 约 束之 内 , , , , 。 。 在 约束之外 一 , , , 式中 , 无约束 一 令 石 二 一 一 爪 口 丁 日 一 , , , 、 一 一 不 二 一 一 , 几 、 少 石 , 台 石 而 。 。 亏 , 表示迭代步长 通 过 三 个 步 长 的 结 果可 以 用 二 次 拟 合 法 求 出 最 佳 步 长 。 计算框 图 见 多 发 飞 机 空 中不 对 称 停 车 时 驾 驶 员最 佳 操纵 规 律 研 究 图 计 算 半断 。 订 “ 一 。 石 。 一 是

11、否满足 精度 要 求 。 。 假设 已满足 那么 终 止 计 算 否 那么 , 。 而 代替 厂。 、 , 并转回 重 新计算 计算框 图见 图 。 三 、 驾驶 员 最 佳 操 纵 规 律 的数 学模 型 , 有 了上 述 对 控制 量 有 约束 的 最 优 控制 问题计算方 法后 下 面根 据具 体的 受控对 象即 。 飞 机 的 运 动 特 性来 建 立 飞机 的 运 动 方程 以及 能 反映驾 驶 员 客 观 要求 的 性 能指标 函 数 飞机 的运 动 方 程 及 初始 条件 为 了 能 充 分 地 反 映 飞 机 在 不 对称 停 车 时 的 运 动 特 性 十二 阶非 线 性微

12、分 方 程 组 , , 飞机 的 运 动方程 采 用六 自由度 式中 , 。, 。, 。二 , 。 , 。 , , 冲 , , , 二 , , 其 具 体表 达 式 详 见 参考 文 献 初始条件 。 。 贾 表 示 飞机 不 对称 停车后 , 这里 纵 , , 为驾驶 员 延 迟 反响 的 时 间 时刻 飞机 的 运动状态 性 能 指标 的选 取 。 驾 驶 员 不 加 任何 操 在 性 能 指 标 应 是 驾 驶 员 对 飞 机 运 动 要 求 的 综 合 反响 。 只 有 性 能 指 标 比 较 客 观 地 反映 了 。 驾驶 员 的要求 首先 , , 在 这 一 性 能 指 标 下 所

13、 求 得 的 驾 驶 员 最 佳 操 纵 规 律 才 有 实 际 意义 , 假 定 飞 机 在 起 飞 状 态 空 中不 对称 停 车后 。 驾 驶 员 的 延迟 反响 时 间为 。 秒 。 此 时 飞 机 在 很 大 的 横 航 向 不 对 称 力 矩 作 用 下 向 故 障 发 动 机 一 侧 滚转 并偏 航 应 的计算结果 知道 增 加 的重 要 因 素 。 从飞机瞬态反 , , 飞 机 的 滚 转 角 丫是 单 调 增 加 的 而 飞 机 的 侧 滑 角 是 导 致 滚 转 角 丫很 快 , 因 此 驾 驶 员 的 操 纵 首 先 是 使 飞 机 的 滚 转 角 丫和 侧 滑 角 两民

14、快 减 小 。二 并 使 飞机 的 滚 转 角速 度 态 空 中速 度 小 、 和 偏 航 角 速 度衡 尽 快 减 小 并 趋 于 零 , 。 同时 , 由于 飞 机 在 起 飞 状 , 高 度 低 且 发 生 不 对称 停 车后 飞 机 发动 机 可 用功率 大为 减 小 故 驾驶 员 的 。 操 纵还 应 使 飞 机在 尽 可 能 范 围 内增 速 和 爬 高 通过 以上 对 飞机 运 动过 程特性 的 分析 , 。 最 后 使 飞 机进 入 不 对 称 平 衡 状 态 的 飞 行 。 拟采 用下 述形式 的性能指标来 反映驾驶员 的 实际要 求 · · 飞 行 力

15、学 一 理 论 分析 , 中 又 , , , 。 , , 一 。经 。 姜 一 、 “ 、 。 尝 。 丫 一 丫入 。 、 。 丁 。 , 丫 一 丫 “ 一 一 。 呈 , 、 。 篡 。 。 一 “ 其中 对 , , , , , , 二 , , 林 均为 罚 因子 , 。 , 分别 表 示 初 始 时 刻 驾 驶 , 员开始操 纵的时刻 时刻飞机 速度 、 和 终端 时刻 。 丫 , 分别 为 飞机在 合理操 纵规 律 下 运 动 时 改变 和 。 滚 转 角及 高 度 的 期 望 值 。 。 , 可 以 得到 飞机 以爬高 为主 略带 增 速或 以增 速为主 略带爬高 的 驾驶 员 最

16、正确操 纵规 律 终端 状 态 相对应 的 驾 驶 员 最 佳操 纵 规 律 转速率 的 限制 有 了 飞 机 的 状 态方程 和 驾驶 员 的 性 能 指 标 函 数 , , 改 变丫 那么 可 以 得 到 与 飞 机 各 种 便可 以 计 入 飞 机舵 面偏 角大 小 和偏 。 应 用 前 述对 控 制 量 有 约 束 的 最优 控制 问题 的 数 值 解 法进行 求 解 四 以 “ 、 算例 及 结 果 分 析 , 一 安 一 一 吃 为例 机 , 假 定 飞 机在 起 飞 离 地 后 右 发故 障停 车且 螺 旋 桨 自动顺 桨 驾 。 驶 员 的 延 迟 反 应 时 间为 秒 计算

17、状 态 为 航迹 角 。 飞 重量 机 , , 飞行速度 “ 。 二 , , 飞机 离地高 度 。 , 。 飞 机 襟 翼偏 角 , 起 落架 放 下 乙 发动 机处 于额 定工作 状态 。 根 据 参 考 文 献 取 飞机 副 翼 偏 角 , 、 、 、 方 向舵 偏 角 和 升 降舵 偏 角 的约束 条件为 、 “ , ? , “ “ 簇 计算结果如图 由图 。 。 。 一图 一 所示 。 可知 , 飞 在 一 发停 车且 螺 旋 桨 机 。 动顺 桨 后 , 只 要驾 驶员操 纵合理 , , 飞机 仍 能在 增 速 的 同 时 高 度 也 有所 增 加 当然 , , 由于 飞 机 剩 余

18、 功 率 的 减 少 计算 结 果 中 。 。 一 飞 灼航迹 角 。 机 在 一 发停 车后 将 明 显 减 小 内 , 。 需 要说 明 的 是 , , 在 飞 机 一 发停 车后 的 前 几 秒 , 飞机 高 度 增 加太 快 , 而 飞 行 速 度有所 减小 这 是 因 为在 计 算 中选 取 了 飞 机故 障 前 飞 机 由 于 惯 性的 作 用 , 无 加 速而 单纯 爬 高的 平 衡 状 态 航 迹 角的 减 小 需 要 一个 过 程 “ 一 。 作 为 初始状态 , 一 发 停 车后 , 其 在 这段 时间 里 , 显然 飞 机 的 阻 力 以及 飞 机重 力在 阻 力 方 。

19、 向分量 之 和 大于发动机螺 旋桨总 的 拉 力 由于 所 以 飞 机 速 度在 此 时 间 里 有 所 减 小 , 安 飞 机螺 旋 桨拉 力 线 高 于重 心 飞 机 右 发 停 车后 , 其拉 力较 快 下 降 , 多 发 飞 机 空 中不 对 称 停 车 时 驾 驶 员最 佳 操纵 规 律 研 究 飞 机 上 有 一 抬 头 力矩作 用 。 · · 为 消除 该 抬 头 力矩 。 , 同时减小 飞 机 的 航迹 角 , , , 以利 于 飞 机 , 的增速 , 驾 驶 员 在 一 发停 车 后 应 立 即 推 杆 , 然而 随 着故 障 发动机 螺 旋 桨拉 力的

20、 减小 作 一 用 于 飞 机 平 尾 上 的 滑 流影 响 逐 渐 消 失 同 时 升 降舵 效 率 下 降 以 消除这 个低头 力矩 飞 又逐 渐 产 生 了 一 个 低 机 。 头 力矩 。 对此 , 驾 驶 员 又应 逐 渐 拉 杆 所示 , 。 , , 防止 飞 机 掉高 度 。 故升降 舵偏角 从图 , 的 变化如 图 至图 。 这 一 操 纵 规 律 与试 飞 结 果 间 比 较 是 相 符 的 秒 钟后 , , 可 以看出 在驾 驶员操纵约 丫 一 一 吃 的 滚 转角速度。 和偏 航角 机 “ 。 速 度 。 已趋 于零 向舵 偏 角 , 在 此过程 中 “ 二 功 一 “

21、日 飞 机 副 翼偏 角 。 、 和 方 一 的 变 化 过 程 属 于 阶跃 超 调 振 荡 这 一 形 式 的 操 纵 规 律 由 图 可 知 故障发 , 动 机 停 车 螺 旋 桨 自动顺 桨后 需 要指 出的是 留 增加得很慢 , 一 秒 其 螺 旋 桨拉 力 达 最 小 值 , 二 , 此 时 飞 机上 动 力不 对称 。 力 矩 最 大 从 而 副 翼 和 方 向舵 偏 角 也 分别 达 到 最 大 值 并 不 是 单 调 地 从零 增 至 最 大值 。 二 , 。 二 “ 。 , 而是在 。 一 秒的 时 间 出 现 了停 , 这 是 因 为 故 障 发 动 机 螺 旋 桨 拉

22、力 的 下 降 在 此 时 间 里 要 出现 回 升 这 一 结果 与试 飞 结 果 民 十 分吻 合 , 以 后 再下 降至 最 小 值 从 整 个计算结 果可 以 看 出 顺桨后 , “ 安 一 飞 机 起 飞 状 态 空 阳 发 故 障 停 车 且 螺 旋 桨 自动 右 , 一 只 要 驾 驶 员操 纵 合 理 。 , 飞 机 将会 在 经 过 短 时 间 灼 振 荡 后 安 全地 进 行 不 对称 平 衡状态的飞行 通 过 以 上 对 计 算 结 果 的 分析和 与 试 飞 结 果 的 比拟 说 明 , 用 最 优 控制 理 论 求 解多发 飞 。 机 不 对 称 停 车 时 驾 驶

23、员 的 最 佳操 纵 规 律 是 可 行 的 还 可根据不 同 的气 动模型 绍 的 计 算方 法求 出 相应 的 驾驶 员 最正确 操 纵 规 律 下 遭 遇 故 障 时 对 飞 机 实施 操 纵 的 参考 依 据 。 , 计算结果也是 合理和可 信的 , 同时 , 如 故 障 发 动 机 螺 旋 桨 人 工 顺 桨 和 不 能顺 桨 等 , 应 用本 文介 作 为 驾驶 员 试 飞 时或 在 相应 的 飞 行 状 态 一 下 哟 、 一口 士 些 言 吞 卜臼 通 过 以 上 的 计 算和 分 析 用 “ , 并与试 飞 结果 比拟 , 可 得如 下 结论 , 最优 控 制 理论 求 解

24、多 发 飞 机 空 中不 对 称 停车 时 , 驾 驶 员 的 最 佳操 纵 规 律 。 是可行 的 , 且经分析和 与试 飞结果的 定性 比拟 , 说 明计算结 果 亦是 合理 的和可 信 的 。 当 对 控 制 量 变 化 幅值 及 速 率 有 限 制 时 , 本 文 提 出 了 求 解 这 类 最 佳 控 制 问题 的 数 随 时 间变 化 的 规 律 就 是 开 环 的 最 佳 操 纵 值解法 规律 依据 , , 编 制 了 计 算程 序 对 算例 进 行 计 算 本 文所 得 出的 三个舵 面偏 角 、 取 得 了合 理可 用 的 结 果 、 可 作 为 驾 驶 员 在 试 飞 时

25、或 在 相 应 的 飞 行 状 态 下 遭遇 故 障 时 对 飞 机 实 施 操 纵 的 参考 。 本 文 的 计 算 方 法适 用 于 求 解 任 何 多 发 飞 机 空 中不 对 称 停 车 时 纵 规 律 以 及 飞 机 相应 的 运 动 过 程 本 文 的 算 例 虽 只 计 算 安 。 , 驾驶 员 的 最正确操 “ 一 飞机 , 但 得 出的 结论 对同 类 飞 机 也 有一 定 的 参考价 值 。 飞 行 力 学 理 论分析 参 且 尹 气 户 考 文 献 、 曰 产 尸 、 史志 军 究 , 、 王建培 多 发 飞 机 空 中动 力不 对 称 损 失 时 驾 驶 员 最 佳 操纵 规 律 的 计 算 , 分 析 与研 西 北 工 业 大 学硕士 学 位论 文 、 年 月 , 肖业 伦 一 尸 夕 、 高仍 清 , 多 发 涡 轮螺 桨 飞 机 非 对 称 动 力 空 中 飞 行 品 质 计 算 北 京 航 空 学