多操纵面飞翼构型飞机舵面故障在线诊断方法

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1、航空学报ActaAer()n刮nicaetAstra训icaSinjcaJan．252011VoI32NQ158．66IssN1000．6893CN”-1929／VMD：／／№‘b．b幽em∞H(xb@buaae血∞文章编号：1000-6893(2011)O卜0058一09多操纵面飞翼构型飞机舵面故障在线诊断方法黄成涛，王立新*北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京10019l摘要：舵面故障会影响飞机的操纵性，为实现飞机的控制重构需在线诊断出舵面的故障信息。针对多操纵面飞翼构型飞机，提出了一种在线诊断其舵面故障的方法。飞翼构型飞机舵面故障在线诊断需辨识的操纵导数个数较多，直接使

2、用最小■乘法难以精确辨识得到各操纵导数。基于限定记忆最小二乘法，采用分组辨识法对飞机的操纵导数进行辨识，减少了每次辨识操纵导数的个数，使得各操纵导数可精确辨识得到。针对舵面卡死故障的特点，首次提出了假定卡死故障情形法，使得被卡死舵面及其卡死偏角均町得到精确诊断。进而可诊断出各舵面各种类型故障的信息。关键词：飞机；飞翼；舵面；故障诊断；参数估计；操纵导数中图分类号：V212．1；V249．1文献标识码：A飞机舵面常见的故障有松浮、受损和卡死。发生松浮故障时，舵面不能产生任何有效的操纵力矩；受损时，舵面产生的操纵力矩减小；卡死时，舵面被固定在某一偏角，对操纵指令无响应。舵面故障会影响

3、飞机的操纵性，严重时会危及飞机的飞行安全。对于多操纵面飞翼构型飞机，由于其常采用大偏度的阻力式方向舵及冗余舵面配置。舵面发生故障的可能性增加。而部分舵面发生故障后，可通过舵面的控制重构，继续保持飞翼构型飞机的安全飞行以及部分飞行任务的完成。但是，舵面控制重构的前提是通过舵面故障的在线诊断获取其故障信息‘1。4J。飞机舵面故障在线诊断的一般原理为[5]：①对飞机的相关操纵导数进行在线辨识【6‘83；②根据辨识得到的操纵导数，确定舵面的故障信息。飞翼构型飞机的舵面较多，故障诊断过程中需辨识的操纵导数较多，难以直接使用最小二乘法精确地辨识出各操纵导数并获取各舵面的故障信息。此外，飞机的

4、某舵面发生卡死故障且其偏角无法直接测量时，直接使用最小二乘法辨识各相关操纵导数并诊断出卡死故障信息存在困难。针对上述问题，本文将采用分组辨识法来辨识飞机的操纵导数，以减少每次辨识操纵导数的数量，提高各操纵导数的辨识精度；此外，本文还将首次采用假定卡死故障情形法对飞机的各操纵导数进行辨识，以确定被卡死的舵面及其卡死偏角，并诊断出非卡死舵面的故障信息。1研究对象选取创新操纵面(InnovativeC0ntrolEffectors，ICE)飞翼构型飞机作为研究对象。计算所需气动数据来源于风洞试验。ICE共有4组8个舵面：全动翼尖(A11-movingTip，AMT)、嵌入面(Spoil

5、erSlotDeflector，ssD)、俯仰襟翼(PitchingFIap，PF)和升降副翼(Elevon，Ele)，如图l所示，不同轴向舵面的主要操纵功能如表1所示[910]。收稿日期：2010-04-27：退修日期：2010—09-01；录用日期：2010-10·05；网络出版时问：2010一”·1109：”网络出版地址：wwwcnki．net／kcms／detail／11．1929．V20101111．0911014．hImIDOI：CNKI：11-1929／V，2010”11．0911．014基金项目：国家级科研项目；教育酃新世纪优秀人才支持计划(NCET一05—019

6、1)*通讯作者．Tel．：010—82338821E—mil：bhu—wlx@tom．com荸I用撂武I黄成涛．王立新．多操纵面飞翼梅型飞机鸵面故障在线诊断方法rJ]．航空学摄．20"．32‘1)：58·66．}t鞠nga伯蜘．仇细Li蜘．0¨嘛钯“tdla附is妇。硼刑鬟嘲∞sd州ti一甜啦dd纰研毋y旧w峰￡国．AcIa触伽ti∞etAs啡嘲硅哟s’n湎．2011·32‘1)：58前6．!竺!!：!兰兰!!兰竺!!竺竺!!竺!兰!竺!!兰xm】Icr“_IEicIc㈣”目lIcE"m＆％自分$目FIPlconnEurar啪and⋯r。J#urfac⋯『IcE表I{月轴自*Ⅲ∞

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8、女m功能bbIeIM1niDuI⋯ont圳～nⅡio⋯diff哪nl—EIev。n．Plkhl“Gn”EIevonAl【⋯mRllp5脚lersj。tdeflec’or为解决新蜊舵面的作线性和轴间耦台等蜘题．1(F采朋丁种含有控制分配等模块的模块化E行控制系统结构”⋯。该飞行控制系统在舵面尢故障时可有效地控制飞机完成各种飞行任务．且具有良好的舟棒性。2舵面故障诊断原理2l飞机气动力矩系敏模型舵面偏转对E机气动山矩的影响较人．可根据各舵而操纵导数的大小变化来诊断其故障。E机潦转