波音747偏航阻尼器设计.doc

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1、第14小组项目报告沈敏琪、段睿、董强波音747偏航阻尼器的设计7第14小组项目报告沈敏琪、段睿、董强1问题描述1.1飞机的操纵飞机在飞行过程中主要借助机翼和平尾上的舵面来实施操纵。通过副翼、升降舵和方向舵（，，），可以产生绕纵轴、横轴和竖袖（x，y，z）的力矩（L，M，N），借助这些力矩，就可以改变飞机姿态角、、。舵面偏角和所产生的力矩之间的对应关系如图1所示，它们按负向定义，例如，正的副翼偏角产生一个负的该转力矩。图1空气动力力矩操纵（－滚转角，－俯仰角，－偏航角）1.2飞机固有模态及其影响所有刚体飞机的根分布具有鲜明的特征。纵向运动由两对共扼复根决定，它们各表征各种特征运动，如图2(

2、a)所示：图2特征方程根的典型分布(a)纵向运动(b)侧向运动——沉浮运动①，一种缓慢的飞行航迹振动，大多为弱阻尼；——短周期振动②，一种相对快的、具有良好阻尼的绕y铀的转动振动。侧向运动有一个周期性的固有运动和两个实的极点，它们后于非周期固有运动，如图2(b)所示：——荷兰滚振动③，一种阻尼相对较弱的快速振动，这种振动中滚转运动和偏航运动是耦合的；——滚转运动④，一种快速绕x轴的非周期运动；——螺旋运动⑥，一种缓慢的、通常为弱不稳定的非周期性航迹运动。1.3飞行控制器的设计要求1.3.1作为驾驶员和乘客的人在控制飞机时，须从两个方面考虑人的存在。一方面，人是乘客，所以，就对乘坐舒适性，

3、也就是对姿态角和加速度的极限以及降低突风敏感性等提出相应的要求。另一方面，人又作为控制过程的驾驶员，参与或监控控制过程，因而对飞机的固有特性（本征特性、操纵特性）和它行航迹控制的品质提出要求。飞行控制器设计准则大多是由这些要求衍生来的。1.3.2大的参数范围现代飞机大的使用范围（高度、马赫数）及其构形的重大变化（重心位置、机翼构形），造成方程组的参数在很大的数值范围内变化、尤其是空气动力的特征值都存在严重非线性，且为多维函数。与此相反，有些长距离飞行阶段飞行状态仅缓慢变化（例如巡航飞行）。即使是今天的进场过程，也是由定常飞行阶段组成的。所以，通常可以在某一工作点上把飞机运动方程线性化，井

4、进一步简化成近似方程。1.3.3模型限制7第14小组项目报告沈敏琪、段睿、董强飞机机体（机翼、机身、尾翼）由于其轻结构特性的缘故，所以是弹性体，并能以多自由度振动。此外，这些弹性自由度和激发它们的空气动力之间存在强烈的交变作用（空气动力弹性）。在气动舱面上，还存在有空气动力对偏转本身和对非绝对刚性支撑的强烈反作用。如果在计算控制器方案时把飞机视为刚体，如前面业已介绍的那样，则这仅表示对真实特性的一种近似。幸亏在许多情况下（但有些情况要除外，例如大型飞机）结构振动的特征频率和刚体飞机的特征频率的间隔足够大，因而很大程度上二者被此可以解耦，而且通过采用滤波器，可以由飞行控制器避免激发弹性自由

5、度。但这些影响不允许使用高的控制增益和过度的操纵活动。由以上的原因，飞行控制器必须满足以下几个基本条件：第一方面涉及飞行品质要求，首先是有关飞机的动态特性，也就是有关稳定性、操纵性和机动性（操纵品质），以及阵风敏感性（乘坐品质）的要求。因此，这些要求优先考虑了驾驶员对良好的飞行能力和飞行舒适性的希望，但也包括对遵守安全飞行范围（飞行包线）的一些主要要求。第二方面的要求被及单独飞机对环境的适应性，即对全部飞行活动的适应性。由起飞、巡航、进场和着陆助控制和标准飞行方式，得到关于对保持飞行航迹的允许偏差以及从各航迹段到ILS进场着陆方式的程序等方面的—些要求。第三方面的要求是近10年来才提出的

6、：即通过控制来改善飞行性能。在应用“主动控制”技术不断扩大了战斗机的飞行范围之后，在民用航空领域，控制器有利于改善飞行品质和飞行性能之间的协调。例如，机动载荷控制，或者降低静稳定性。总之，这些措施和另外一些措施都要求通过控制来主动限制飞行范围。1.4针对荷兰滚振动的偏航阻尼器按飞行品质规范的要求，飞机必须具备一定的静稳定性和动稳定性。但是，现代飞机本身往住不具备这些特性，例如很多飞机的荷兰滚模态的阻尼特性差，这就要求增加偏航阻尼来改善它；又例如有的飞机固有的纵向和侧向稳定性就不足，这就要求采用控制系统增加其静稳定性。这类为增加和改善飞机稳定性能的控制系统称为增稳系统（STANLITYAU

7、TOMENTATIONSYSTEMS，缩写为SAS）。增稳系统由以下几个控制器组成：Ø偏航阻尼系统Ø滚转阻尼系统Ø俯仰阻尼系统Ø纵向增稳系统Ø航向增稳系统荷兰滚振动是横侧向运动中的一种转动振动，一方面侧滑角和偏航角不断交换（偏航运动）；另一方面，侧滑角又与滚转角不断交换（滚转运动），滚转角比偏航角相位滞后，这就造成如图所示的这种“蹒跚”运动，如图3所示。荷兰滚振动的特点与飞机当时的构形（气动导数，惯性矩分布）紧密相关，故一般不能像已