強耦合面對稱飛行器橫航向模態控制效能

丁嘉元, 鄭宏濤, 邵 干, 唐 鵬

(1. 中國運載火箭技術研究院, 北京 100076;2. 北京航空航天大學交通科學與工程學院, 北京 100191)

引 言

面對稱飛行器橫向與航向間可能出現嚴重的耦合問題, 對其穩定性與操縱性影響顯著, 其中荷蘭滾耦合和操縱耦合問題尤為突出, 已導致多型飛行器發生失穩失控事故[1]. 如何克服耦合效應影響, 實現模態穩定控制成為強耦合面對稱飛行器控制系統設計過程中的一大難題[2-4]. 同時, 低動壓條件下, 飛行器控制舵面操縱能力不足, 飛行過程中易出現嚴重的荷蘭滾耦合, 小幅側滑角擾動可能引起大幅滾轉運動, 超出控制能力邊界, 進而使飛行器失穩, 最終導致飛行任務失敗[5-6]. 強耦合面對稱飛行器通常具有弱阻尼的特點, 且其飛行狀態跨度大, 模態特征參數變化范圍寬, 本體穩定性通常無法滿足全程穩定飛行要求, 因此, 通常需要進行模態頻率與阻尼特性改善控制.

針對耦合效應影響下的面對稱飛行器橫航向模態控制問題, 提出航向動穩定性判據參數Cnβ,dyn與橫向操縱偏航發散判據參數LCDP用于指導荷蘭滾阻尼器的設計, 并可以通過副翼-方向舵交聯來提高飛行器控制品質[7-8]. 通過反饋側滑角、 偏航角速率、 滾轉角速率等狀態量實現橫航向閉環穩定控制， 可以不同程度地改善飛行器模態特性, 其效能與具體飛行狀態下氣動參數密切相關[9]. 同時, 側滑角變化率反饋可增加荷蘭滾模態的穩定性, 減弱運動耦合影響[10-11], 通過……