飛行控制 翻轉(zhuǎn)課堂

1、飛行控制系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂 目錄 1、陣風(fēng)減緩與乘感控制 1.1、陣風(fēng)減緩抑制 1.2、乘感控制 2、主動(dòng)顫振抑制 3、綜合控制系統(tǒng) 4、飛行管理系統(tǒng) 1、陣風(fēng)減緩與乘感控制 1.1、陣風(fēng)減緩抑制 陣風(fēng)減緩是研究如何利用主動(dòng)控制技術(shù)來減小陣風(fēng)干擾下可能 引起的過載，從而達(dá)到減小機(jī)翼彎曲力矩和減輕結(jié)構(gòu)疲勞的目的。 1.1、陣風(fēng)減緩抑制 1.1、陣風(fēng)減緩抑制 陣風(fēng)減緩控制系統(tǒng)：開環(huán)控制、閉環(huán)控制。 1.1、陣風(fēng)減緩抑制 1.2、乘感控制 1.2、乘感控制 2、主動(dòng)顫振抑制 實(shí)際的飛機(jī)是個(gè)彈性體，在飛行中空氣動(dòng)力的作用下，機(jī)身、 機(jī)翼將會(huì)產(chǎn)生彈性形變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)氣動(dòng)的彈性振動(dòng)。在正常情況下， 結(jié)構(gòu)阻尼及空氣

2、阻尼能使彈性振動(dòng)很快衰減，僅保持靜態(tài)彈性形變。 彈性形變的形式有彈性彎曲形變和彈性扭曲形變兩種。通常這兩種 彈性形變的頻率和阻尼隨飛行速度的變化而變化，并不耦合。不管 哪種彈性振動(dòng)，其結(jié)果都是產(chǎn)生附加升力，并起阻尼作用。但是， 隨著飛行速度的增加，兩種彈性振動(dòng)的頻率將接近，并趨于相同， 形成耦合效應(yīng)。當(dāng)兩種彈性振動(dòng)的相位差為零時(shí)，各自產(chǎn)生阻尼， 使形變衰減；當(dāng)相位差為90度時(shí)，則產(chǎn)生耦合激勵(lì)，在彎曲形變的 結(jié)點(diǎn)處，扭曲形變最大，此時(shí)扭曲形變產(chǎn)生的附加升力與彎曲形變 運(yùn)動(dòng)的方向一致，進(jìn)一步增強(qiáng)了彎曲形變運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生諧振。 2、主動(dòng)顫振抑制 結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性振動(dòng)引起的耦合使形變振動(dòng)的幅度達(dá)到危險(xiǎn)程度

3、 時(shí)，這種結(jié)構(gòu)氣動(dòng)振動(dòng)稱為顫振。使結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性體發(fā)生臨界顫振 的速度稱為臨界顫振速度。 解決方法：常規(guī)方法、現(xiàn)代方法 常規(guī)方法： 將結(jié)構(gòu)加粗、加重、改變材料、增大剛度、改變外掛物的位置等， 這將影響飛機(jī)的性能。 現(xiàn)代方法 采用人工阻尼來實(shí)現(xiàn)顫振的主動(dòng)抑制。即在機(jī)翼上安裝適當(dāng)?shù)牟倏v 面，并協(xié)調(diào)偏轉(zhuǎn)這些操縱面產(chǎn)生氣動(dòng)力，以抵消由于彈性振動(dòng)產(chǎn)生 的氣動(dòng)力。 2、主動(dòng)顫振抑制 2、主動(dòng)顫振抑制 其原理框圖： 3、綜合控制系統(tǒng) 綜合控制是以各相對(duì)獨(dú)立或視為獨(dú)立的分系統(tǒng)組成的整個(gè)系統(tǒng) 為對(duì)象，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將原來孤立的但有關(guān)系的部分組成特定作 用的整體，獲得比原孤立系統(tǒng)更好的性能。為達(dá)到上述綜合控制目 的

4、的系統(tǒng)稱為綜合控制系統(tǒng)。 綜合控制系統(tǒng)有：綜合飛行/火力控制系統(tǒng)IFFC（Integrated Flight / Fire Control）、綜合飛行/推進(jìn)控制系統(tǒng)IFPC（Integrated Flight / Propulsion Control）、綜合飛行/火力/推進(jìn)控制系統(tǒng)IFFPC （Integrated Flight / Fire / Propulsion Control）和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)飛行管理 系統(tǒng)TMFM。它們都是主動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 火力綜合控制系統(tǒng)IFFC： IFFC技術(shù)是美國(guó)在20世紀(jì)70年代中期提出的航空新技術(shù)。它以 飛機(jī)的主動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，通過飛行/火力耦合器將

5、能解耦的飛 行控制系統(tǒng)和火控系統(tǒng)綜合成一個(gè)閉環(huán)武器自動(dòng)投放系統(tǒng)。 IFFC系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)光電跟蹤器、角跟蹤雷達(dá)及目標(biāo)狀 態(tài)估計(jì)器提供的攻擊機(jī)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息，以及攻擊機(jī)傳感器 提供的自身狀態(tài)信息，火力控制系統(tǒng)精確預(yù)測(cè)目標(biāo)未來的位置，自 動(dòng)生成投放（或發(fā)射）點(diǎn)和達(dá)到投放（或發(fā)射）點(diǎn)前的飛行軌跡。 所生成的攻擊機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)通過平顯為駕駛員提供操縱和狀態(tài)顯 示，同時(shí)送入飛行/火力耦合器形成控制指令，輸入飛行控制系統(tǒng)， 操縱飛機(jī)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)攻擊。由此，駕駛員只起監(jiān)控作用；也 可由駕駛員按照平顯提供的飛行軌跡操縱飛機(jī)飛行，引導(dǎo)飛機(jī)到達(dá) 武器投放點(diǎn)（或發(fā)射點(diǎn)），當(dāng)顯示飛機(jī)與投放（或發(fā)射）點(diǎn)

6、重合時(shí)， 即可自動(dòng)（或由駕駛儀）投放武器。 IFFC系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖 它由目標(biāo)與攻擊機(jī)的相對(duì)位置、運(yùn)動(dòng)信息監(jiān)測(cè)裝置、 目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)器、飛行控制系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、飛行/火 力耦合器和超控耦合器等組成。其核心是具有飛行控制和 火力控制規(guī)律的數(shù)字計(jì)算機(jī)。 火力綜合控制系統(tǒng)IFFC 目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)器是IFFC系統(tǒng)的重要部分。它的作用是根 據(jù)機(jī)載雷達(dá)提供的目標(biāo)信息和攻擊機(jī)自身傳感器提供的信 息，精確地估計(jì)出目標(biāo)的位置、速度和加速度等目標(biāo)參數(shù)， 解決攻擊機(jī)僅通過機(jī)載傳感器無法直接測(cè)量出目標(biāo)參數(shù)的 問題。對(duì)目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)精度直接取決于目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)器 的解算精度，影響武器投放的命中率。 綜合飛行/火力控制系統(tǒng)

7、要求飛行控制系統(tǒng)的控制律具 有去耦直接力和武器瞄準(zhǔn)特征的特定任務(wù)多模態(tài)控制律。 如正常模態(tài)、空空射擊模態(tài)、空地射擊模態(tài)和空地轟炸模 態(tài)。每種模態(tài)又分標(biāo)準(zhǔn)控制和解耦控制。 火力綜合控制系統(tǒng)IFFC 正常模態(tài)適用于整個(gè)飛行包線，主要滿足飛機(jī)巡航、進(jìn)場(chǎng)著陸 和起飛時(shí)具有良好的操縱品質(zhì)要求；在空中編隊(duì)飛行和空中加油時(shí)， 提供陣風(fēng)減緩和減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。 空空射擊模態(tài)和空地射擊模態(tài)要求對(duì)目標(biāo)截獲和準(zhǔn)確跟蹤時(shí)的 快速機(jī)動(dòng)，以及對(duì)武器線的精確控制，以滿足射擊精度要求。 空地轟炸模態(tài)要求飛機(jī)具有對(duì)速度向量的精確控制，以及可改 善飛行軌跡的陣風(fēng)減緩和響應(yīng)，以利于轟炸瞄準(zhǔn)和可采用能提高飛 機(jī)生存能力的有效控制

8、策略。 所有的標(biāo)準(zhǔn)控制均采用直接力控制，以提高陣風(fēng)減緩能力和快 速反應(yīng)能力。解耦控制有機(jī)身指向、直接力和平移三種方式供選擇。 機(jī)身指向用于精確姿態(tài)控制；直接力和平移控制均可用于飛行軌跡 的精確控制。 推進(jìn)控制系統(tǒng)IFPC 綜合飛行/推進(jìn)控制技術(shù)就是把飛機(jī)與推進(jìn)系統(tǒng)綜合考慮，在整 個(gè)飛行包線內(nèi)最大限度地滿足飛行任務(wù)的要求，以適應(yīng)推力管理， 提高燃油效率和飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性，有效地處理飛機(jī)與推進(jìn)系統(tǒng)之間的 耦合影響，減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)等，從而使系統(tǒng)達(dá)到整體性能優(yōu)化。 綜合飛行推進(jìn)控制技術(shù)包含系統(tǒng)功能綜合和系統(tǒng)物理綜合。系 統(tǒng)功能綜合是提高飛機(jī)武器系統(tǒng)整體性能的有效途徑，系統(tǒng)物理綜 合可以改善系統(tǒng)的有效性和

9、降低系統(tǒng)的全壽命費(fèi)用。 系統(tǒng)功能綜合可以按不同的要求綜合。按綜合控制模式有失速 裕度控制、快速推力調(diào)節(jié)、格斗、推力矢量、自動(dòng)油門和性能尋優(yōu) 控制等模式；按飛機(jī)使用和性能從任務(wù)段分有短距起降、巡航、地 形跟隨、威脅回避、空中格斗和對(duì)地攻擊等；按子系統(tǒng)綜合有進(jìn)氣 道/發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)體/進(jìn)氣道、飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)和飛行/矢量噴管等綜合控 制。 推進(jìn)控制系統(tǒng)IFPC 其中， 機(jī)動(dòng)指令產(chǎn)生器的功能是把駕駛員指令或飛行管理提供的 信息轉(zhuǎn)換為飛行指令，產(chǎn)生希望的飛機(jī)過渡過程響應(yīng)。控制器計(jì)算 出跟蹤期望軌跡所需要的控制量，并對(duì)計(jì)算出的輸出反饋進(jìn)行優(yōu)化。 控制選擇器 輸出按一定控制邏輯構(gòu)成的執(zhí)行指令，使各氣動(dòng)面、 進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)和尾噴管協(xié)調(diào)匹配，獲得最佳性能。 4、飛行管理系統(tǒng) 飛行管理系統(tǒng)（FMS）是一個(gè)協(xié)助駕駛員完成從起飛到著陸各 項(xiàng)任務(wù)的系統(tǒng)。它可管理、監(jiān)控和自動(dòng)操縱飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)全航程的自 動(dòng)飛行，是當(dāng)代民航先進(jìn)飛機(jī)上所采取的一種集導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制 及座艙顯示一體的新型機(jī)載設(shè)備。 飛行管理系統(tǒng)的主要功能一般可歸結(jié)為4個(gè)：自動(dòng)飛行控制、性 能管理制導(dǎo)導(dǎo)航、咨詢報(bào)警顯示和乘員操控。 飛行管理系統(tǒng)的核心是飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（FMCS） 4、飛行