民用飞机气动伺服弹性稳定性分析研究

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1、民用飞机气动伺服弹性稳定性分析研究【摘要】本文以采用电传控制的民用飞机为背景，阐述了民用飞机气动伺服弹性稳定性分析的背景和必要性。在此基础上，介绍了气动伺服弹性稳定性分析状态点的选取、分析模型的搭建，对影响气动伺服弹性稳定性的因素进行严酷性分析，并结合气动伺服弹性稳定性设计要求，给出气动伺服弹性稳定性优化设计方案，完成气动伺服弹性稳定性优化设计与评估。气动伺服弹性稳定性分析的方法，可应用于电传民用飞机的设计、验证。中国8/vie　　【关键词】气动伺服弹性稳定性；结构陷波器；滤波器；稳定裕度　　【A

2、bstract】Basedonacertaincivilaircraftodelareintroduced.Theinclemencyoffactorsent，thedesignschemeispresented，theoptimaldesignandevaluationofaeroservoelasticitystabilityareacplished.Theaeroservoelasticitystabilityanalysismethodcanbeusedinfly-by-argin　　0引

3、言　　随着航空科技的发展，运输类飞机越来越多地采用电传飞控技术，通过反馈速率、过载等信号实现增稳控制，反馈回路的引入改善了系统的模态特性，改善了飞机的整体性能，提高了飞机的安全性水平，在一定程度上减轻了飞行员的工作负荷。闭环控制带来优势的同时，反馈回路的引入带来结构模态响应的信号，易与控制律回路产生耦合振荡，因此，需要对控制回路的气动伺服弹性（ASE，AeroServoElasticity）稳定性进行分析，保证飞行安全。本文以某型民用飞机航向反馈回路ASE稳定性分析为例，给出ASE稳定性分析和迭代

4、优化设计流程与方案，并对迭代优化设计结果进行评估。　　1ASE稳定性分析背景　　当飞机受到大气扰动或飞行员操纵飞机运动后，反馈回路中的传感器将含有结构模态响应的信号传输给控制律，经控制律计算后，通过作动器驱动飞机运动，改变飞机的响应。　　闭环控制飞机结构图如图1所示。　　采用闭环控制的飞机，反馈回路如果设计不当，产生的耦合振荡将导致严重的后果，例如：飞机响应发散失控、飞机结构损坏等。因此，通常在控制律中设计有专门的滤波环节，防止控制律与飞机之间出现不利的耦合[1]。在完成控制律回路中滤波器的设计后

5、，需要对ASE稳定性进行评估，以评定结构模态滤波器的设计。　　飞机设计是不断迭代更新的过程，完成滤波器设计后，后期当飞机状态（如飞机减重）、控制律设计输入（如气动数据）发生变化和更新时，需评估变化和更新造成的影响，对前期设计的滤波器、飞机的ASE稳定性进行检查，针对不满足设计要求的情况制定迭代优化设计方案、进行迭代优化设计，确保飞机满足操纵性和稳定性设计要求，防止飞机和操纵面产生弹性耦合振荡运动，保证飞机安全。　　1.1控制律概况　　某型飞机航向控制律使用来自惯性基准系统（IRS，Inertial

6、ReferenceSystem）的偏航角速率信号构成反馈用于改善荷兰滚模态特性，由于来自IRS的偏航信号中含有飞机结构模态响应信号，因此，需对方向舵到偏航角速率回路进行结构滤波设计。　　1.2滤波器形式　　航向反馈回路中偏航角速率信号滤波环节由结构陷波器和二阶低通滤波器这两种滤波器构成。　　2ASE稳定性设计要求　　民用飞机ASE稳定性方面的要求如下：　　为了解决可能出现的气动伺服弹性不稳定问题，应合理选择传感器的安装位置。另外还应在控制律回路中引入结构陷波器，使闭环回路在一阶模态以上�l率满足至

7、少9dB的幅值裕度要求[1]。　　3ASE稳定性分析与优化　　3.1ASE稳定性分析与优化流程　　ASE稳定性分析与优化的流程如图3所示，当飞机状态（如飞机减重）、控制律设计输入（如气动数据）发生变化和更新时，需评估变化和更新造成的影响，评估是否存在ASE稳定性不符合设计要求的情况，如果存在，则需要选择分析状态点、搭建分析模型，并分析不同因素对ASE稳定性的影响，根据分析的结果，制定ASE稳定性优化设计方案，完成优化设计后，需要再次对照设计要求对ASE稳定性进行评估。　　3.2分析状态点选取　　飞

8、机ASE稳定性分析状态点的选取基于飞机重量、重心、装载、动压和高度这五个参数，选取的状态点覆盖飞机临界飞行重量、重心，以检验所有影响飞机ASE稳定性的因素，在整个飞行包线范围内检验飞机的ASE稳定性。