多發(fā)飛機空中不對稱停車時駕駛員最佳操縱規(guī)律研究[教育]

1、多發(fā)飛機空中不對稱停車時駕駛員最正確操縱規(guī)律研究多發(fā)飛機空中不對稱停車時駕駛員最正確操縱規(guī)律研究.txt愛爾蘭一個不離婚的國家，一個一百年的約定。難過了，不要告訴別人，因為別人不在乎。真話假話都要猜，這就是現(xiàn)在的社會。 本文由10號戰(zhàn)機奉獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 多發(fā) 飛 機 空 中不 對稱 停 車 時 駕 駛 員最正確 操 縱規(guī)律研 究 史 志軍 所 王 建培 西 北 工 業(yè) 大學(xué) 摘 本文 利 用 最 優(yōu) 控 制 的 基 不 原 理 型 , , 要 建 立 了水 解多 發(fā) 飛 機 不 對稱 停 車 時 駕 駛員 最 佳 操 縱

2、 規(guī)律 的 數(shù) 學(xué) 模 , 介 紹 了 求解 這 類 對 控 制 量 變 化 幅值 及 速 率 有 約 束 的 最 優(yōu) 控 制 問 題 的 數(shù) 值 計 算 方 法 并 以 , “ 安一 為 飛機算 例 說明 , 對 駕 駛 員 的 最 佳 操縱 規(guī) 律 進(jìn) 行 了 計 算 。 通 過 對計算結(jié)果 的 分析和 與試飛 結(jié) 果 的定 性 比 較 , 用 最 優(yōu) 控 制 理 論 求 多發(fā) 飛 機 不 對 稱 停 左 時 駕 駛 員 的 最 佳 操 縱 規(guī) 律 是 可 行 的 。 計算 結(jié) 果亦 是合 理 和可信的 一 一 、 引 , 言 飛 機 的運動是 十分 復(fù)雜和 危 險的 、 。 多 發(fā) 飛

3、機 在 飛 行 過 程 中不 對 稱 停 車 時 的 情 況 是 飛機在 起 飛 時不 對稱 停車 , 最 為嚴(yán) 重 、 由于 此 時 飛 機 速 度 小 , 高度低 、 不 對稱 力矩大 。 飛 機 舵 面操 縱效 率 低 以 , , 如 果 駕駛 員 的 操 縱 稍 有 不 當(dāng) 二 、 都 有可 能 造 成 飛 機 事 故 的 發(fā) 生 。 所 研 究 駕 駛 員 在 此 時 如 何進(jìn) 行 操 縱 才 能 保 證 飛 機 的 安 全 飛 行 是 十 分 重 要 的 當(dāng)然 夕 進(jìn) 行 飛 行試 驗是 最 汗 , 一 最可 靠 的 。 但在 飛 行試 驗前 有必 要 通 過 理 論 計 算求 出

4、 。 駕駛 員 的 合理操縱規(guī) 律 為 實 施 明 于試 驗 提 供 資料 , 一 一 鑒 于 目 前 國 內(nèi)在 這 一 方 面 的 研 究 都 只 限于 飛機不對稱 停車時 匕 瞬態(tài)反響 的計算 機 夕 對 駕駛 員 的 操 縱 規(guī) 律 及 其 計 算 方 法 尚 , 未 進(jìn) 行仔細(xì) 研究 縱規(guī)律 的 方法 , , 作 者 從 最 優(yōu)控 制 理 論 的基 本原 理 出發(fā) “ 建 立 了 一 種 求解 駕駛 員 最正確 操 并以 安 一 飛 機 作 為 算例 。 , 就 飛 機 在 起 飛 狀 態(tài) 空 中一 發(fā)故 障停 車 情 。 況 下 駕駛員 的 最正確 操 縱 規(guī) 律 進(jìn) 行 了計 算

5、本 文只 就對控 制 量 有 約 束 的 最 優(yōu) 控 制 問題 的 數(shù) 有 關(guān) 飛 機 對稱 飛 行 狀 態(tài) 和 、 。 值解 法 及 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規(guī) 律 的 數(shù) 學(xué) 模 型 作 比 較 詳 細(xì) 的 介 紹 不 對 稱 飛 行 狀態(tài) 平 衡 方 程 的 求 解 方 法 及 飛 機 氣 動 模 型 的 建 立 請 參 閱 參 考 文 獻(xiàn) 二 、 拄制 量 有 約 束 的 最 優(yōu) 控 制 問題 的數(shù) 值 解 法 , 在 實際控 制系統(tǒng) 中 控 制量 變化 的幅 值和 速 率往 往 要 受到 限制 , 。 就 飛機 在 起 飛 狀 態(tài) 、 發(fā)動 機 不 對 稱 停 車 這 一 危 險

6、 情 況 而 言 由于 此 時 飛 機 速 度 小 、 高 度低 動 力不對稱 力矩 多發(fā) 飛機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規(guī) 律 研究 · · 大 , 這 就 要 求 飛 機 的 操 縱 面 偏 角 大 而 且 操 縱 面 偏 轉(zhuǎn) 速 度盡 量 快 但 是 飛 機 操 縱 面 的 最 大 , 。 偏 角 要 受 飛 機 結(jié)構(gòu) 本 身 的 限制 速 率 也 要 受 到 限制 。 , 而 且 駕 駛 員及 舵機 的 功 率 是 有 限 灼 。 , 操 縱面偏 轉(zhuǎn)的最大 對 于 求 解 駕駛 員 的 因此 , 此 時計 入 舵 面偏 轉(zhuǎn) 的 幅

7、值 及 速 牢的 限 制 , 最正確 操 縱 規(guī)律 以 及 飛機 的 運動 過程 是 十 分必 要 的 設(shè) 受 控 系 統(tǒng) 由下 列 常 微 分 方 程 組 描 述 , 夕 這 類 最優(yōu) 控 制 問題可 以 表 示如 下 創(chuàng) 。 , 初始條件 這里 , 。 二 。 工 , , , ,幾 , 是 維 狀態(tài) 向量 “ · , 表 示對 時 間的微 分 , , , , 是 維控 制 向量 , , 是 維 向量 函 數(shù) 。 考 慮 一 般 性 能指 標(biāo) 一 , 一 一 一 小 , 。 , “ , 其中 , 。、 , 分 別 表 示 固 定 初 始 時 間 和 終端 時 間 必 須 滿 足 約

8、 束 條件 代表 終端 狀 態(tài) 。 控 制 向量 , 。 , , 。 。, 其中 夕 、 、 , 、 均 為 維 常 向量 , 要求最優(yōu)控制 在 滿足 約 束 , 及 式 , 使 式 中 取 極小值 , 。 自 , 。 出發(fā) , 時 刻到 達(dá) 終端 狀態(tài) 而 且這 一 運 動過程 使 式 , 作者應(yīng)用變分法 件 , 一 “ , 的根本原 理導(dǎo) 出了 夕 使 。 取 得弱極小 值 的 必 要 條 , 并 在 此基 礎(chǔ)上 將求解無 約束最優(yōu)控 制 問題 灼最 優(yōu)梯度法加 以 推廣 。 用來求解對控制 量 有 約 束 的 最 優(yōu)控 制 問題 下 面介 紹 具 體 的 數(shù) 值 計 算方 法 、 首 先

9、定義 約束 算 子 對 于 任何 控 制 如下 了 幾 假設(shè) 假設(shè) 假設(shè) ? , 試 簇 飛 行 力 學(xué) 理論分析 假設(shè) 侖 二 , 假設(shè) 假設(shè) , ? 。 ? 式中 一 。 , , , 八 顯 見 這 兩 個 算子 保 證 了 , 滿足 約束條件 及 式 。 具 體算法 給 出初始控制 變量 計算 以 “ 吃 。 。 、 “ 夕 為 初值 , 從 。 到 積 分狀態(tài) 方程 式 并 計算 式 指 標(biāo) 函 數(shù) 毛 。 的值 計 算 共 輛向量 久 六 在 終端 時刻 口 小 口 , 的值 幾為 維 共 扼 向量 并以 雙 為 初值從 到 。 反 向積 分共物方程 組 口 。 , , 入 口 甲

10、, , 二, 幾又 , 、 口 。 下 叮 計算 指 標(biāo) 函數(shù)梯度 一 。 一 入 , , 少 無 約束 。 在 約 束之 內(nèi) , , , , 。 。 在 約束之外 一 , , , 式中 , 無約束 一 令 石 二 一 一 爪 口 丁 日 一 , , , 、 一 一 不 二 一 一 , 幾 、 少 石 , 臺 石 而 。 。 虧 , 表示迭代步長 通 過 三 個 步 長 的 結(jié) 果可 以 用 二 次 擬 合 法 求 出 最 佳 步 長 。 計算框 圖 見 多 發(fā) 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員最 佳 操縱 規(guī) 律 研 究 圖 計 算 半斷 。 訂 “ 一 。 石 。 一 是

11、否滿足 精度 要 求 。 。 假設(shè) 已滿足 那么 終 止 計 算 否 那么 , 。 而 代替 廠。 、 , 并轉(zhuǎn)回 重 新計算 計算框 圖見 圖 。 三 、 駕駛 員 最 佳 操 縱 規(guī) 律 的數(shù) 學(xué)模 型 , 有 了上 述 對 控制 量 有 約束 的 最 優(yōu) 控制 問題計算方 法后 下 面根 據(jù)具 體的 受控對 象即 。 飛 機 的 運 動 特 性來 建 立 飛機 的 運 動 方程 以及 能 反映駕 駛 員 客 觀 要求 的 性 能指標(biāo) 函 數(shù) 飛機 的運 動 方 程 及 初始 條件 為 了 能 充 分 地 反 映 飛 機 在 不 對稱 停 車 時 的 運 動 特 性 十二 階非 線 性微

12、分 方 程 組 , , 飛機 的 運 動方程 采 用六 自由度 式中 , 。, 。, 。二 , 。 , 。 , , 沖 , , , 二 , , 其 具 體表 達(dá) 式 詳 見 參考 文 獻(xiàn) 初始條件 。 。 賈 表 示 飛機 不 對稱 停車后 , 這里 縱 , , 為駕駛 員 延 遲 反響 的 時 間 時刻 飛機 的 運動狀態(tài) 性 能 指標(biāo) 的選 取 。 駕 駛 員 不 加 任何 操 在 性 能 指 標(biāo) 應(yīng) 是 駕 駛 員 對 飛 機 運 動 要 求 的 綜 合 反響 。 只 有 性 能 指 標(biāo) 比 較 客 觀 地 反映 了 。 駕駛 員 的要求 首先 , , 在 這 一 性 能 指 標(biāo) 下 所

13、 求 得 的 駕 駛 員 最 佳 操 縱 規(guī) 律 才 有 實 際 意義 , 假 定 飛 機 在 起 飛 狀 態(tài) 空 中不 對稱 停 車后 。 駕 駛 員 的 延遲 反響 時 間為 。 秒 。 此 時 飛 機 在 很 大 的 橫 航 向 不 對 稱 力 矩 作 用 下 向 故 障 發(fā) 動 機 一 側(cè) 滾轉(zhuǎn) 并偏 航 應(yīng) 的計算結(jié)果 知道 增 加 的重 要 因 素 。 從飛機瞬態(tài)反 , , 飛 機 的 滾 轉(zhuǎn) 角 丫是 單 調(diào) 增 加 的 而 飛 機 的 側(cè) 滑 角 是 導(dǎo) 致 滾 轉(zhuǎn) 角 丫很 快 , 因 此 駕 駛 員 的 操 縱 首 先 是 使 飛 機 的 滾 轉(zhuǎn) 角 丫和 側(cè) 滑 角 兩民

14、快 減 小 。二 并 使 飛機 的 滾 轉(zhuǎn) 角速 度 態(tài) 空 中速 度 小 、 和 偏 航 角 速 度衡 盡 快 減 小 并 趨 于 零 , 。 同時 , 由于 飛 機 在 起 飛 狀 , 高 度 低 且 發(fā) 生 不 對稱 停 車后 飛 機 發(fā)動 機 可 用功率 大為 減 小 故 駕駛 員 的 。 操 縱還 應(yīng) 使 飛 機在 盡 可 能 范 圍 內(nèi)增 速 和 爬 高 通過 以上 對 飛機 運 動過 程特性 的 分析 , 。 最 后 使 飛 機進(jìn) 入 不 對 稱 平 衡 狀 態(tài) 的 飛 行 。 擬采 用下 述形式 的性能指標(biāo)來 反映駕駛員 的 實際要 求 · · 飛 行 力

15、學(xué) 一 理 論 分析 , 中 又 , , , 。 , , 一 。經(jīng) 。 姜 一 、 “ 、 。 嘗 。 丫 一 丫入 。 、 。 丁 。 , 丫 一 丫 “ 一 一 。 呈 , 、 。 篡 。 。 一 “ 其中 對 , , , , , , 二 , , 林 均為 罰 因子 , 。 , 分別 表 示 初 始 時 刻 駕 駛 , 員開始操 縱的時刻 時刻飛機 速度 、 和 終端 時刻 。 丫 , 分別 為 飛機在 合理操 縱規(guī) 律 下 運 動 時 改變 和 。 滾 轉(zhuǎn) 角及 高 度 的 期 望 值 。 。 , 可 以 得到 飛機 以爬高 為主 略帶 增 速或 以增 速為主 略帶爬高 的 駕駛 員 最

16、正確操 縱規(guī) 律 終端 狀 態(tài) 相對應(yīng) 的 駕 駛 員 最 佳操 縱 規(guī) 律 轉(zhuǎn)速率 的 限制 有 了 飛 機 的 狀 態(tài)方程 和 駕駛 員 的 性 能 指 標(biāo) 函 數(shù) , , 改 變丫 那么 可 以 得 到 與 飛 機 各 種 便可 以 計 入 飛 機舵 面偏 角大 小 和偏 。 應(yīng) 用 前 述對 控 制 量 有 約 束 的 最優(yōu) 控制 問題 的 數(shù) 值 解 法進(jìn)行 求 解 四 以 “ 、 算例 及 結(jié) 果 分 析 , 一 安 一 一 吃 為例 機 , 假 定 飛 機在 起 飛 離 地 后 右 發(fā)故 障停 車且 螺 旋 槳 自動順 槳 駕 。 駛 員 的 延 遲 反 應(yīng) 時 間為 秒 計算

17、狀 態(tài) 為 航跡 角 。 飛 重量 機 , , 飛行速度 “ 。 二 , , 飛機 離地高 度 。 , 。 飛 機 襟 翼偏 角 , 起 落架 放 下 乙 發(fā)動 機處 于額 定工作 狀態(tài) 。 根 據(jù) 參 考 文 獻(xiàn) 取 飛機 副 翼 偏 角 , 、 、 、 方 向舵 偏 角 和 升 降舵 偏 角 的約束 條件為 、 “ , ? , “ “ 簇 計算結(jié)果如圖 由圖 。 。 。 一圖 一 所示 。 可知 , 飛 在 一 發(fā)停 車且 螺 旋 槳 機 。 動順 槳 后 , 只 要駕 駛員操 縱合理 , , 飛機 仍 能在 增 速 的 同 時 高 度 也 有所 增 加 當(dāng)然 , , 由于 飛 機 剩 余

18、 功 率 的 減 少 計算 結(jié) 果 中 。 。 一 飛 灼航跡 角 。 機 在 一 發(fā)停 車后 將 明 顯 減 小 內(nèi) , 。 需 要說 明 的 是 , , 在 飛 機 一 發(fā)停 車后 的 前 幾 秒 , 飛機 高 度 增 加太 快 , 而 飛 行 速 度有所 減小 這 是 因 為在 計 算 中選 取 了 飛 機故 障 前 飛 機 由 于 慣 性的 作 用 , 無 加 速而 單純 爬 高的 平 衡 狀 態(tài) 航 跡 角的 減 小 需 要 一個 過 程 “ 一 。 作 為 初始狀態(tài) , 一 發(fā) 停 車后 , 其 在 這段 時間 里 , 顯然 飛 機 的 阻 力 以及 飛 機重 力在 阻 力 方 。

19、 向分量 之 和 大于發(fā)動機螺 旋槳總 的 拉 力 由于 所 以 飛 機 速 度在 此 時 間 里 有 所 減 小 , 安 飛 機螺 旋 槳拉 力 線 高 于重 心 飛 機 右 發(fā) 停 車后 , 其拉 力較 快 下 降 , 多 發(fā) 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 駕 駛 員最 佳 操縱 規(guī) 律 研 究 飛 機 上 有 一 抬 頭 力矩作 用 。 · · 為 消除 該 抬 頭 力矩 。 , 同時減小 飛 機 的 航跡 角 , , , 以利 于 飛 機 , 的增速 , 駕 駛 員 在 一 發(fā)停 車 后 應(yīng) 立 即 推 桿 , 然而 隨 著故 障 發(fā)動機 螺 旋 槳拉 力的

20、 減小 作 一 用 于 飛 機 平 尾 上 的 滑 流影 響 逐 漸 消 失 同 時 升 降舵 效 率 下 降 以 消除這 個低頭 力矩 飛 又逐 漸 產(chǎn) 生 了 一 個 低 機 。 頭 力矩 。 對此 , 駕 駛 員 又應(yīng) 逐 漸 拉 桿 所示 , 。 , , 防止 飛 機 掉高 度 。 故升降 舵偏角 從圖 , 的 變化如 圖 至圖 。 這 一 操 縱 規(guī) 律 與試 飛 結(jié) 果 間 比 較 是 相 符 的 秒 鐘后 , , 可 以看出 在駕 駛員操縱約 丫 一 一 吃 的 滾 轉(zhuǎn)角速度。 和偏 航角 機 “ 。 速 度 。 已趨 于零 向舵 偏 角 , 在 此過程 中 “ 二 功 一 “

21、日 飛 機 副 翼偏 角 。 、 和 方 一 的 變 化 過 程 屬 于 階躍 超 調(diào) 振 蕩 這 一 形 式 的 操 縱 規(guī) 律 由 圖 可 知 故障發(fā) , 動 機 停 車 螺 旋 槳 自動順 槳后 需 要指 出的是 留 增加得很慢 , 一 秒 其 螺 旋 槳拉 力 達(dá) 最 小 值 , 二 , 此 時 飛 機上 動 力不 對稱 。 力 矩 最 大 從 而 副 翼 和 方 向舵 偏 角 也 分別 達(dá) 到 最 大 值 并 不 是 單 調(diào) 地 從零 增 至 最 大值 。 二 , 。 二 “ 。 , 而是在 。 一 秒的 時 間 出 現(xiàn) 了停 , 這 是 因 為 故 障 發(fā) 動 機 螺 旋 槳 拉

22、力 的 下 降 在 此 時 間 里 要 出現(xiàn) 回 升 這 一 結(jié)果 與試 飛 結(jié) 果 民 十 分吻 合 , 以 后 再下 降至 最 小 值 從 整 個計算結(jié) 果可 以 看 出 順槳后 , “ 安 一 飛 機 起 飛 狀 態(tài) 空 陽 發(fā) 故 障 停 車 且 螺 旋 槳 自動 右 , 一 只 要 駕 駛 員操 縱 合 理 。 , 飛 機 將會 在 經(jīng) 過 短 時 間 灼 振 蕩 后 安 全地 進(jìn) 行 不 對稱 平 衡狀態(tài)的飛行 通 過 以 上 對 計 算 結(jié) 果 的 分析和 與 試 飛 結(jié) 果 的 比擬 說 明 , 用 最 優(yōu) 控制 理 論 求 解多發(fā) 飛 。 機 不 對 稱 停 車 時 駕 駛

23、員 的 最 佳操 縱 規(guī) 律 是 可 行 的 還 可根據(jù)不 同 的氣 動模型 紹 的 計 算方 法求 出 相應(yīng) 的 駕駛 員 最正確 操 縱 規(guī) 律 下 遭 遇 故 障 時 對 飛 機 實施 操 縱 的 參考 依 據(jù) 。 , 計算結(jié)果也是 合理和可 信的 , 同時 , 如 故 障 發(fā) 動 機 螺 旋 槳 人 工 順 槳 和 不 能順 槳 等 , 應(yīng) 用本 文介 作 為 駕駛 員 試 飛 時或 在 相應(yīng) 的 飛 行 狀 態(tài) 一 下 喲 、 一口 士 些 言 吞 卜臼 通 過 以 上 的 計 算和 分 析 用 “ , 并與試 飛 結(jié)果 比擬 , 可 得如 下 結(jié)論 , 最優(yōu) 控 制 理論 求 解

24、多 發(fā) 飛 機 空 中不 對 稱 停車 時 , 駕 駛 員 的 最 佳操 縱 規(guī) 律 。 是可行 的 , 且經(jīng)分析和 與試 飛結(jié)果的 定性 比擬 , 說 明計算結(jié) 果 亦是 合理 的和可 信 的 。 當(dāng) 對 控 制 量 變 化 幅值 及 速 率 有 限 制 時 , 本 文 提 出 了 求 解 這 類 最 佳 控 制 問題 的 數(shù) 隨 時 間變 化 的 規(guī) 律 就 是 開 環(huán) 的 最 佳 操 縱 值解法 規(guī)律 依據(jù) , , 編 制 了 計 算程 序 對 算例 進(jìn) 行 計 算 本 文所 得 出的 三個舵 面偏 角 、 取 得 了合 理可 用 的 結(jié) 果 、 可 作 為 駕 駛 員 在 試 飛 時

25、或 在 相 應(yīng) 的 飛 行 狀 態(tài) 下 遭遇 故 障 時 對 飛 機 實 施 操 縱 的 參考 。 本 文 的 計 算 方 法適 用 于 求 解 任 何 多 發(fā) 飛 機 空 中不 對 稱 停 車 時 縱 規(guī) 律 以 及 飛 機 相應(yīng) 的 運 動 過 程 本 文 的 算 例 雖 只 計 算 安 。 , 駕駛 員 的 最正確操 “ 一 飛機 , 但 得 出的 結(jié)論 對同 類 飛 機 也 有一 定 的 參考價 值 。 飛 行 力 學(xué) 理 論分析 參 且 尹 氣 戶 考 文 獻(xiàn) 、 曰 產(chǎn) 尸 、 史志 軍 究 , 、 王建培 多 發(fā) 飛 機 空 中動 力不 對 稱 損 失 時 駕 駛 員 最 佳 操縱 規(guī) 律 的 計 算 , 分 析 與研 西 北 工 業(yè) 大 學(xué)碩士 學(xué) 位論 文 、 年 月 , 肖業(yè) 倫 一 尸 夕 、 高仍 清 , 多 發(fā) 渦 輪螺 槳 飛 機 非 對 稱 動 力 空 中 飛 行 品 質(zhì) 計 算 北 京 航 空 學(xué)