[發明專利]一種氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法

在審

• 申請號: 202011612663.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112733259A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 高怡寧;蒲利東;張永輝
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

1.一種氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，選取氣動伺服彈性穩定性分析的不同計算工況，每一種計算工況包括一種飛機構型、控制律模態、狀態點參數、控制回路；

步驟2，獲取飛機構型的模態分析結果；

步驟3，獲取飛機構型的非定常氣動力；

步驟4，依據所述的飛機構型的模態分析結果、飛機構型的非定常氣動力，求解彈性飛機頻域氣動伺服彈性運動方程，獲取氣動力環節及彈性機體環節的頻響特性；

步驟5，獲取舵機環節頻響特性和傳感器環節頻響特性；

步驟6，基于氣動力環節及彈性機體環節的頻響特性、舵機環節頻響特性和傳感器環節頻響特，計算并建立所述計算工況的飛機環節頻響特性數據庫；

步驟7，獲取步驟1中所述計算工況的飛控頻響特性數據庫；

步驟8，選擇待分析的飛機構型并指定計算工況，調取其飛機環節頻響特性數據庫；選擇控制律構型、控制回路調取其飛控環節頻響特性數據庫，根據狀態點參數，從所述的飛機環節頻響特性數據庫、飛控環節頻響特性數據庫中檢索并自動匹配所選計算工況飛機環節與飛控環節的頻響特性數據，建立飛機-飛控組合回路的開環頻響特性數據庫；

步驟9，根據所述飛機-飛控組合回路的開環頻響特性數據庫，基于控制理論及穩定性理論，采用氣動伺服彈性穩定性分析方法，獲取所述指定計算工況的氣動伺服彈性穩定裕度；

步驟10，針對于所有的計算工況，按照步驟8、9相同的方法計算對應工況的氣動伺服彈性穩定裕度，判斷氣動伺服彈性穩定裕度是否滿足要求，若全部工況的穩定裕度均滿足要求，則計算結束。

2.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述方法還包括：

若存在穩定裕度不足的計算工況，轉步驟11進行氣動伺服彈性穩定性設計；

步驟11，選取穩定裕度最小的計算工況，分析造成不利耦合的原因，確定造成不利耦合的反饋回路及結構模態，并在控制回路中增加結構陷幅濾波器和/或低通濾波器等，驗證該工況的穩定裕度是否能滿足要求，若不滿足要求，重新設計濾波器或調整濾波器結構、參數、數量直至該工況穩定裕度滿足要求為止；

步驟12，將步驟11中設計的濾波器加到飛控系統中，重復步驟10，驗證加入濾波器后的飛控系統是否能使所有計算工況滿足氣動伺服彈性穩定裕度要求，若存在不滿足要求的計算工況，重復步驟11，更改或重新設計濾波器；若所有狀態滿足要求則計算結束。

3.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述方法應用于飛機-飛控系統組合回路，飛機-飛控系統組合回路包括飛機環節和飛控環節；所述飛機環節包括：舵機環節、氣動力環節、彈性機體環節和傳感器環節；所述飛控環節包括：多路響應信號的反饋控制律環節。

4.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述結構陷幅濾波器的傳遞函數如下：

其中頻率ω₁和ω₂主要用于控制陷幅寬度，而阻尼比ξ₁和ξ₂用于控制陷幅深度，s為拉式變量；

低通濾波器傳遞函數如下：

其中，w表示低通濾波器頻率，s為拉式變量。

5.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述飛機構型包括裝載、外掛、燃油量；控制律模態包括增穩、姿態保持；狀態點參數包括高度、馬赫數、空速；控制回路包括縱向、橫向、航向。

6.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所選狀態點參數包括各飛機構型的全包線范圍內的飛行狀態。

7.根據權利要求1所述的氣動伺服彈性快速迭代分析與設計方法，其特征在于，所述獲取飛機構型的模態分析結果，包括：根據飛機構型建立飛機的動力學有限元模型，利用有限元分析軟件對所述有限元模型進行分析，得到所述分析結果。