超低空空投重装货物出舱过程飞行控制技术研究

• 作 者: 戴正升
• 机 构: 南京航空航天大学
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 超低空空投 纵向飞行控制 LQR控制 模糊控制 鲁棒控制

超低空空投以其快速精确，且对空投的场地要求低等特点可以为部队的快速机动提供装备及物资保障。运输机在执行超低空空投任务时，由于空投时飞行速度小，飞行高度低，与一般飞行状态相比，飞机的气动特性降低，并且货物出舱过程会对飞机产生很大的扰动，使得飞机的姿态和轨迹发生变化，如果控制不当会影响飞行安全。本文依据超低空空投的空投段和拉起段的飞行性能指标要求，针对货物出舱过程对飞机纵向飞行姿态的影响，研究相应的飞行控制技术以保障飞机空投过程的飞行安全。首先，分析并推导了空投时飞机的纵向运动方程，以及货物的运动方程，并在无控条件下对建立的非线性模型进行仿真，以分析不同牵引比等条件下货物出舱过程对飞机的纵向姿态的影响；然后，针对货物出舱对飞机纵向姿态的影响，分析纵向控制目标，采用LQR控制方法设计了纵向姿态保持控制器，结合自动油门系统实现了对飞机的俯仰角和速度的保持；接着，考虑实际空投时可能会出现的一种故障情况——开伞后货物出舱卡死的情况，在分析货物与飞机相互作用的基础上，基于智能控制理论设计了模糊控制器来抑制故障对飞机姿态的影响，保持俯仰角的稳定；最后，分析飞机完成空投后拉起时的性能要求，考虑到空投时可能会出现的故障情况，基于鲁棒H∞控制理论设计了航迹跟踪控制器，并设计了淡化环节以减小控制律切换时的影响。仿真结果表明，所设计的跟踪控制器在货物正常出舱及出舱卡死的情况下均能跟踪给定的航迹指令，具有较好的鲁棒性，能够达到期望的性能指标要求。