基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   郑无计   李哲   裴彬彬   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 神经网络自适应动态逆   飞机结冰   安全关键参数   俯仰姿态保持   边界保护  

描述： 考虑到飞机带冰飞行的安全问题,对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点,提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入,获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型,采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律,通过在动态逆环节引入单隐层神经网络,对不确定性逆误差进行自适应补偿,增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度,设计自动油门控制系统,实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明,所设计的结冰边界保护系统,能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   郑无计   李哲   裴彬彬   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 神经网络自适应动态逆   飞机结冰   安全关键参数   俯仰姿态保持   边界保护  

描述： 考虑到飞机带冰飞行的安全问题,对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点,提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入,获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型,采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律,通过在动态逆环节引入单隐层神经网络,对不确定性逆误差进行自适应补偿,增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度,设计自动油门控制系统,实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明,所设计的结冰边界保护系统,能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。

机翼前缘积冰对大飞机操稳特性的影响

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   李哲   张久星   来源： 北京航空航天大学学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 大飞机   机翼结冰   飞行安全   自动驾驶仪   操稳特性  

描述： 机翼结冰影响飞机的操稳特性和飞行性能,对飞行安全造成危害。基于实验数据构建了典型的不同结冰严重程度的机翼前缘积冰冰形,采用高精度数值模拟方法得到背景飞机机翼前缘积冰的气动数据,建立了飞机六自由度非线性动力学模型,在此基础上设计了俯仰角保持、滚转角保持及高度保持模式的自动驾驶仪闭环仿真系统。通过开环仿真,分析了不同程度积冰对飞机配平特性、纵向长短周期模态及横航向模态的影响,比较了不同程度积冰情形下飞机动态响应的差异。通过闭环仿真,研究了积冰对3种模式下自动驾驶性能的影响。仿真结果表明:积冰对飞机配平特性、模态特性及开环动态响应特性均会造成一定的不良影响,威胁飞行安全。

机翼前缘积冰对大飞机操稳特性的影响

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   李哲   张久星   来源： 北京航空航天大学学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 大飞机   机翼结冰   飞行安全   自动驾驶仪   操稳特性  

描述： 机翼结冰影响飞机的操稳特性和飞行性能,对飞行安全造成危害。基于实验数据构建了典型的不同结冰严重程度的机翼前缘积冰冰形,采用高精度数值模拟方法得到背景飞机机翼前缘积冰的气动数据,建立了飞机六自由度非线性动力学模型,在此基础上设计了俯仰角保持、滚转角保持及高度保持模式的自动驾驶仪闭环仿真系统。通过开环仿真,分析了不同程度积冰对飞机配平特性、纵向长短周期模态及横航向模态的影响,比较了不同程度积冰情形下飞机动态响应的差异。通过闭环仿真,研究了积冰对3种模式下自动驾驶性能的影响。仿真结果表明:积冰对飞机配平特性、模态特性及开环动态响应特性均会造成一定的不良影响,威胁飞行安全。

结冰对飞机横航向飞行品质的影响

作者： 王良禹   徐浩军   张喆   裴彬彬   薛源   来源： 飞行力学 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 飞行品质   动力学特性   飞机结冰   等效系统拟配  

描述： 针对结冰后飞机横航向飞行品质问题,引入结冰影响模型,对不同结冰条件下的飞行动力学特性进行仿真。基于仿真结果和典型模态特性,利用等效系统拟配原理,在时域范围内对飞机结冰后的滚转角变化进行分析。提出基于典型模态下对飞机横航向时域响应进行拟合,从而计算出结冰后横航向模态特性参数的方法。根据计算结果,分析了不同结冰严重程度对飞机横航向飞行品质的影响。仿真结果表明,结冰后飞机横航向模态特性变差,飞行品质发生降级,对飞行安全造成了严重威胁。

基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

作者： 陈威   徐浩军   王小龙   裴彬彬   李哲   来源： 航空学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 纵向运动   飞机结冰   控制律重构   鲁棒伺服LQR   仿真验证  

描述： 由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。

积冰对飞机本体纵向非线性动力学稳定域的影响

作者： 袁国强   李颖晖   徐浩军   郑无计   来源： 西安交通大学学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 飞机积冰   飞行安全   非线性动力学   稳定边界   稳定域  

描述： 对飞机稳定域的影响,并将积冰对飞机稳定域的影响和其对气动系数的影响进行对比。积冰条件下飞机稳定域在俯仰角速度方向上收缩约20%,稳定域边界处的最大迎角减小约1°。研究结果表明,积冰条件下飞机稳定域的变化与气动系数的变化一致,积冰导致飞机的稳定域缩小,容易引起飞行事故。

基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域

作者： 郑无计   李颖晖   屈亮   徐浩军   袁国强   来源： 航空学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性   飞机结冰   运输机   稳定域   正规形理论  

描述： 结冰导致飞机飞行包线缩小、对飞行安全产生严重威胁,研究结冰后飞机非线性稳定域对边界保护系统的设计和飞行安全的提高极其重要。以某型运输机为研究对象,考虑飞机非线性气动特性建立飞机纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;然后通过流形和正规形理论刻画结冰飞机纵向非线性稳定边界并得到稳定边界的解析表达式,通过仿真的手段验证了正规形理论确定的稳定边界和解析表达式的有效性和准确性。最后,分析了飞机着陆过程中,结冰因子对结冰飞机稳定域的影响以及结冰飞机发生事故的机理。研究结果表明,轻度结冰使飞机非线性稳定域缩小;重度结冰导致飞机稳定性发生改变;在未察觉飞机结冰的情况下,飞行员的常规操纵会使飞行状态超出结冰飞机的非线性稳定域、导致飞行事故。研究结果可为飞机结冰后的边界保护提供一定的参考。

考虑执行机构饱和的结冰飞机非线性稳定域研究

作者： 武朋玮   李颖晖   屈亮   郑无计   周驰   徐浩军   来源： 飞行力学 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性   饱和   飞机结冰   流形   稳定域  

描述： 执行机构饱和会引起飞机系统的非线性变化,在结冰情况下操纵达到饱和会加剧飞机系统的非线性,从而引起飞机稳定性的急剧变化。为求取结冰后考虑执行机构饱和的飞机非线性稳定域,在参考结冰气动力变化模型基础上,建立了考虑执行机构饱和的结冰飞机闭环系统非线性模型。首先求取系统的平衡点;其次应用流形法刻画系统的非线性稳定域;最后对飞机结冰前后与饱和值变化前后等情况下的稳定域进行了对比分析。结果表明,使用流形法得到的稳定域能够较准确地反映飞机不同条件下的稳定性。

基于微分流形理论的飞机纵向动力学边界

作者： 董泽洪   李颖晖   郑无计   袁国强   武朋玮   徐浩军   来源： 飞行力学 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性   飞机动力学边界   流形   稳定域  

描述： 在人-机-环系统发生改变时,需要考虑更多具有高度非线性特征的动态因素来估计飞机的动态边界。为此引入了微分流形理论估计飞机动力学边界。首先介绍了微分流形理论的相关概念及计算稳定边界的方法步骤;然后以某型飞机为研究对象,考虑飞机非线性动力学特性建立纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;利用微分流形法刻画飞机动力学边界,并与蒙特卡洛法得到的飞机动力学边界进行对比,验证了微分流形理论确定的飞机动力学边界的准确性;最后分析了可用迎角随俯仰角和俯仰角速度的变化关系。结果表明,俯仰角速度一定时,俯仰角越大,可用迎角越小。研究结果可为飞机的边界保护系统以及控制策略提供一定的参考。