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文献类型

2 篇 学位论文

馆藏范围

2 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

2 篇 工学
- 1 篇 控制科学与工程
- 1 篇 航空宇航科学与技...

主题

2 篇 气动/控制一体化设...
1 篇 控制律评估
1 篇 气动代理模型
1 篇 高速飞行器
1 篇 综合热效应
1 篇 综合性能评估指标...
1 篇 升力式再入飞行器
1 篇 操稳特性

机构

1 篇 国防科技大学
1 篇 西南科技大学

作者

1 篇 张闺臣
1 篇 陈功

语言

2 篇 中文

检索条件"主题词=气动/控制一体化设计"

共 2 条记录，以下是1-10 订阅

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详细简洁

排序：

综合热效应影响下的高速飞行器气动/控制一体化设计

综合热效应影响下的高速飞行器气动/控制一体化设计

引用

作者：张闺臣西南科技大学

学位级别：硕士

马赫数大于5的高速飞行器具有高机动性以及探索极端环境的能力,有望在军事、航空航天、物流运输等领域发挥重要作用,并推动航空技术的进一步发展。然而,此类飞行器的工作环境主要集中于平流层和同温层,该高度范围内大气密度低、氧气稀... 详细信息

马赫数大于5的高速飞行器具有高机动性以及探索极端环境的能力,有望在军事、航空航天、物流运输等领域发挥重要作用,并推动航空技术的进一步发展。然而,此类飞行器的工作环境主要集中于平流层和同温层,该高度范围内大气密度低、氧气稀薄、温度变化大,同时高速飞行过程中,飞行器空气动力学特性发生显著变化。由于与大气的高速摩擦,其表面产生极高的温度,引起力/热/结构等多场耦合效应,使得低速飞行器设计中可以忽略的问题变得不可忽视,为飞行器设计带来新的挑战。传统的独立设计方式忽略各学科之间的相互影响,可能无法有效应付高速飞行器复杂的工作环境,导致飞行器整体性能不佳。针对以上问题,本文提出考虑综合热效应的气动/控制一体化设计,通过考虑气动布局与本体控制性能的相互影响,采用层次分析方法建立面向气动/控制需求的优化设计模型,给出处于综合热效应影响下高速飞行器最优控制的折衷飞行状态范围,达到减少设计迭代次数、提高飞行器性能、改善飞行器的稳定性和操纵性的目的。具体工作包括: (1)针对综合热效应影响下飞行器结构随累积热的增加不断发生变化所导致的多物理场耦合和复杂工作环境问题,以飞行马赫数大于5的高速飞行器标模为研究对象,通过动力学建模的关键因素分析,给出了综合热效应对飞行器结构变形的影响规律,得到了当考虑综合热效应的影响时,飞行器本体动力学建模的飞行条件范围。据此建立了考虑综合热效应影响的飞行器本体动力学模型,分析了其对飞行器气动特性、操稳特性和配平特性的影响规律,明确了建立高保真度的气动代理模型的重要性,为开展气动/控制一体化设计研究奠定基础。 (2)针对气动代理模型无法兼顾模型精度和计算效率的问题,以飞行条件范围所获得的气动数据作为数据集,采用迁移学习的方法,通过数据共享、知识迁移、参数共享和领域适应等机制,将kriging在有限高精度数据上的优势和深度学习在高维空间大数据条件下的优势相结合。仿真实验结果表明,与kriging气动代理模型和深度学习代理模型相比,本文提出的迁移学习代理模型在模型保真度方面约提升9.64%以上,在计算效率方面约提升5.65%,实现了模型保真度和计算效率之间的平衡,为控制律设计和一体化设计优化提供好的被控对象。 (3)针对高速飞行器在巡航段内定高巡飞过程中,在累积热影响下飞行器结构发生形变,无法沿预期状态飞行的问题,以建立的飞行器动力模型为被控对象,采用深度强化学习的方法开展控制律设计。该方法可以通过实时与环境交互学习得到新的控制策略,以适应系统动力学特性的变化,为后续开展布局散布/控制偏离相互作用对飞行任务的影响分析以及气动/控制一体化优化设计提供了有力支持。 (4)针对飞行器气动和控制解耦设计不仅增加了设计的时间成本,还可能导致次优的设计结果的问题,以气动布局评估指标和控制性能评估指标为基础,选择层次分析法建立的综合性能评估指标体系作为最优化目标函数,构建了气动/控制一体化设计优化模型,采用直接搜索算法,提出了考虑综合热效应影响的高速飞行器综合性能最优的折衷优化方案,该方案对飞行器总体性能约提升17.9%以上,为此类高速飞行器设计提供设计方法和技术支撑。

关键词：高速飞行器综合热效应气动/控制一体化设计气动代理模型综合性能评估指标体系

来源：评论

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升力式再入飞行器气动控制一体化设计方法研究

升力式再入飞行器气动控制一体化设计方法研究

引用

作者：陈功国防科技大学

学位级别：博士

升力式再入飞行器相较传统弹道式和半弹道式再入飞行器具有较高的升阻比,可以实现水平起降,是未来各国实现廉价快速天地往返的主要工具。但升力式再入飞行器再入飞行速域和空域大、再入轨迹约束强、系统耦合程度高、气动非线性明显等,... 详细信息

升力式再入飞行器相较传统弹道式和半弹道式再入飞行器具有较高的升阻比,可以实现水平起降,是未来各国实现廉价快速天地往返的主要工具。但升力式再入飞行器再入飞行速域和空域大、再入轨迹约束强、系统耦合程度高、气动非线性明显等,导致其气动设计难以满足飞行器整个飞行包线内对操纵性和稳定性的要求,设计过程往往需要反复迭代,设计周期较长。而在传统的飞行器概念设计阶段,材料、结构、热防护等分系统是该阶段主要的设计内容。只有在飞行器布局基本冻结和各个子系统基本完成方案设计后,飞行控制系统设计与评估才成为飞行器设计的主要工作。虽然这种设计方法成功完成了大量航空飞行器的研制,而对于升力式再入飞行器,其子系统特别是气动布局与控制系统是高度耦合的,有必要让自动控制学科在概念设计阶段就介入飞行器的设计,使得气动布局与控制系统设计能够相互配合,提高飞行器全系统性能和设计效率。因此,本文在参考航空飞行器主动控制技术的基础上,提出了气动/控制一体化设计思想,即在飞行器概念设计的早期,就将控制学科加入飞行器设计过程中,并将气动布局设计、控制系统设计与动力学分析同时作为概念设计阶段的主要内容,通过气动与控制的融合设计与评估,提供有价值的设计反馈,达到减少设计迭代次数、提早发现设计问题、提高飞行性能指标等目的。基于上述设计思想,本文提出了开展气动/控制一体化设计的流程,分析了需要重点关注的关键技术。并以一种新概念升力式再入飞行器为研究对象,对气动/控制一体化设计的相关关键技术进行了探索研究,主要研究内容包括:分析了气动/控制一体化设计相关技术研究进展。建立了升力式再入飞行器布局参数化模型、气动力模型、再入动力学模型等,分析了升力式再入飞行器飞行品质规范研究现状以及常用的操稳特性评估方法,介绍了在气动/控制一体化设计中具有应用前景的一些现代控制律设计与评估方法。以升力式再入飞行器为对象,开展了以改善飞行器控制特性的气动布局优化方法研究。通过建立飞行器的参数化数模和气动力模型,建立了从飞行器气动布局参数到再入飞行性能的代理模型。以面向控制需求,完成了升力式再入飞行器减小气动非线性布局优化设计和静稳定度快速选取与确定方法研究。通过非线性再入飞行仿真证明了该设计方法的有效性。优化气动布局的气动力和动力学模型也成为后续章节的研究基础。为解决对飞行器布局稳定性快速评估的问题,将预测航空飞行器大攻角偏离失稳的Weissman判据推广应用到升力式再入飞行器横侧向稳定性评估。推导了升力式再入飞行器大攻角再入飞行,并采用多变量反馈时的滚转反逆准则计算公式,研究了基于特征结构配置方法的飞行器横侧向控制律快速设计方法。通过蒙特卡洛线性仿真结果,建立了飞行器横侧向气动特性与航向偏离特性的代理模型,并利用该模型实现了对再入飞行器Weissman图分离敏感区域划分。针对再入飞行器放宽静稳定度设计这一方法,重点研究了静不稳定飞行器的可控性问题。分析了能使纵向静不稳定飞行器稳定的闭环反馈形式,并以姿态角加姿态角速率两回路反馈控制为基础,进行了飞行器全局稳定性分析;基于等效驱动器假设得到了最大可控静不稳定度计算公式。通过分析系统开环剪切频率与舵机带宽之间的关系,从理论上证明了“开环系统的截止频率最大取为舵机带宽的三分之一”作为对静不稳定飞行器可控性的经验性判断。分析了舵机、陀螺、飞控计算机等控制系统组件动态特性对静不稳定飞行器可控性的影响。最后,基于多项式理论,完成了升力式再入飞行器控制律评估。介绍了控制律评估方法和流程,在分析多项式基本理论和鲁棒D域稳定性的基础上,完成了二维和三维不确定性参数组合摄动情况下的控制律稳定性和时域控制指标评估。计算了在给定动压、法向过载、拟平衡滑翔、驻点热流等约束下,升力式再入飞行器的再入飞行走廊及参考飞行轨迹,完成了覆盖再入飞行走廊的控制律稳定性评估和控制指标评估。评估结果给出了影响飞行稳定的主要气动参数,可为布局和控制系统设计提供参考。

关键词：气动/控制一体化设计升力式再入飞行器操稳特性控制律评估

来源：评论

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