弹性飞机载荷减缓技术研究

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1、中图分类号：V215.3/O347.1论文编号：102870113-S008学科分类号：080102硕士学位论文弹性飞机载荷减缓技术研究研究生姓名唐皓学科、专业固体力学研究方向气动弹性与控制指导教师赵永辉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一三年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonLoadsAlleviationofElasticAircraftAThesisinSolidMechanicsbyHaoT

2、angAdvisedbyProf.YonghuiZhaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2013承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的

3、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文首先建立了弹性飞机的气动伺服弹性系统状态方程，通过根轨迹法和V-g法分析了气动弹性系统的动稳定性。其次，针对机动载荷设计，建立了弹性飞机的机动飞行动力学方程，分析了结构弹性对机动飞行参数及载荷的影响；基于LQG最优控制理论，利用多个控制面间的协调偏转，对弹性飞机机动载荷进行减缓控制系统设计。仿真结果表明：飞机机动载荷设计必须考虑结构弹性的影响。通过组合不同控制面，形成一系列控制方案，能够实现机动载荷的有效减缓。

4、此外，通过对各个控制方案的控制效果进行比较分析,选出比较合理的控制方案。最后，针对阵风载荷设计，建立了弹性飞机在阵风激励下的气动弹性系统状态方程，分析了在不同类型阵风激励下，飞机相关过载及载荷的响应。基于经典的PID控制理论，对弹性飞机阵风载荷进行了减缓控制系统设计。仿真结果表明：通过副翼和升降舵的协调偏转，飞机阵风载荷得到了一定的减缓。关键词：弹性飞机；气动弹性；机动载荷；阵风载荷；载荷减缓；最优控制本文得到国家自然科学金（10972100）资助，本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I弹性飞机载荷减缓技术研究ABSTRACTInthispaper,atfirst,

5、theaeroservoelasticequationsoftheelasticairplaneareestablishedandthestabilityoftheairplaneisanalysizedbyusingtherootlocusmethod.Then,theflightdynamicmodelformaneuveranalysisisestablishedandtheeffectofthestructuralflexibilityontheflightparametersandmaneuverloadsisillustrated.Thenumericalresul

6、tsshowthatthestructuralflexibilitycannotbeignoredintheprocessofmaneuverloadsdesignforelasticaircraft.Toalleviatethemaneuverloadsoftheairplane,anoptimalmaneuverloadsalleviationsystemissynthesizedbyusingthelinearquadraticGaussian(LQG)theory.Thesimulationresultsshowthatthemaneuverloadscanbeeffe

7、ctivelyalleviatedbytheproposedoptimalcontrolsystemwithmulti-controlsurfaces.Atlast,thegustloadsalleviationisstudied.Thetimeresponsesofthegustloadsoftheairplanesubjecttoseveralgustexcitationsareillustrated.Toalleviatethegustloads,aPIDcontrollerissyn