[發明專利]基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法

在審

• 申請號: 201910558989.0
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110348081A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 余朝軍;季雨璇;甄子洋;姜斌;薛藝璇;江駒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，當戰斗機處于大迎角飛行狀態時，根據戰斗機的機動動作的特性，對機動動作加以約束，得到機動約束方程；

步驟2，將飛機狀態方程與機動約束方程共同組成增廣矩陣方程，通過求解該增廣矩陣方程得到約束條件下的狀態量，判斷穩定狀態與其對應控制在機動約束參數向量的約束下，是否都收斂到狀態和控制變量的內部點。

2.根據權利要求1所述的基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法，其特征在于：所述步驟1中，戰斗機的機動動作的特性包括俯仰機動、繞速度軸滾轉角速率機動。

3.根據權利要求2所述的基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法，其特征在于：對于俯仰機動，考慮在進行俯仰機動過程中的狀態邊界值，選擇約束為(α,β,Ω)，約束內的狀態集即為可達平衡集，機動約束方程表示為：

α＝α_y

β＝β_y

Ω＝0

其中，α為迎角，β為側滑角，Ω＝pcosαcosβ+qsinαsinβ+rsinαcosβ為繞速度軸滾轉角速率，p為滾轉角速率，q為俯仰角速率，r為偏航角速率，α_y表示迎角約束值，β_y表示側滑角約束值。

4.根據權利要求2所述的基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法，其特征在于：對于繞速度軸滾轉角速率機動，選擇約束為(α,β,Ω)，機動約束方程表示為：

α＝α_y

β＝0

Ω＝pcosαcosβ+qsinαsinβ+rsinαcosβ

其中，α為迎角，β為側滑角，Ω為繞速度軸滾轉角速率，p為滾轉角速率，q為俯仰角速率，r為偏航角速率，α_y表示迎角約束值。

5.根據權利要求1所述的基于可達平衡集的戰斗機大迎角特性分析方法，其特征在于：所述步驟2中，飛機狀態方程為描述飛機動力學系統的數學模型為非線性方程組，表示為：

其中，X＝[α,β,p,q,r]^T為狀態量屬于有界域，由飛機的氣動模型和已知的氣動載荷限制來確定，表示X的一階微分，U＝[δ_e,δ_a,δ_r]^T為控制變量屬于有界域，由戰斗機控制偏轉限制來確定，δ_e為升降舵偏角，δ_a為副翼偏角，δ_r為方向舵偏角；

可達平衡集是一種狀態受約束的平衡面，表達為：

其中，U₀為固定控制量，P為連續算法中的連續自由參變量，若以升降舵為連續參變量，則有U₀＝[δ_a0,δ_r0]^T，其中δ_a0為副翼固定控制量，δ_r0為方向舵固定控制量，P＝δ_e；

加入機動約束方程后，可達平衡方程變為增廣矩陣方程，表達為：

F(X,U₀,P)＝0

y＝g(X)

其中，y用來描述機動的動態過程與參數，為機動約束參數向量，g為機動約束方程；對于每一個由約束向量y指定的特殊機動，在求解方程組時，若滿足約束個數等于控制參數個數，由方程求解原理可知，此時方程存在唯一解，即系統存在唯一的狀態變量與控制對(X,δ_e)；當約束個數小于控制參數個數時，增廣矩陣方程不存在唯一解，即狀態變量與控制對不唯一；當約束狀態個數增加，則相應增加個數的固定控制變量可轉化為自由控制變量，即U₀中減少的元素個數等于P中可以增加的元素個數；

在求解過程中，如果穩定狀態X與其對應控制U都在機動約束參數向量y的約束下，收斂到X和U的內部點，則稱其為可達的。