推力矢量飞行器动态控制分配方法研究

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推力矢量控制

推力矢量控制

推力矢量控制推力矢量控制(Thrust Vector Control,TVC) 是一种通过调整发动机喷流方向来改变火箭、导弹、战斗机等飞行器的航向、俯仰和横滚姿态的控制技术。

推力矢量控制技术使得飞行器在飞行过程中能够快速、精确地转向、偏转和悬停,提高了其战术和战略运用的能力。

推力矢量控制技术最早应用于导弹和高超音速飞行器等尖端军事装备上。

具体地说,20世纪50年代,美国国防部开始推行推力矢量控制技术的研究,旨在改善导弹的指导精度以及逃避地面防御武器的打击。

60年代初,美国在XF-100、F-4等战斗机中计算机控制下推力矢量控制技术的成功应用,提高了这些飞机的空战能力。

21世纪初,随着推力矢量控制技术的不断发展和升级,一些国家的新型战斗机已经相继采用了这项技术。

基本原理及控制方式推力矢量控制技术是通过调节喷口朝向和喷射方向,使得推力矢量和飞行方向不再重合,进而实现飞行器的航向、俯仰和横滚调节。

其基本原理是在喷口上加装一定形状的结构件,利用结构件转动改变喷流方向,实现推力矢量控制,从而改变飞机的姿态。

当前推力矢量控制技术除了喷口结构件的不同外,主要分为两种控制方式:机械控制和电子控制。

机械控制的原理是通过飞机上的机械构件控制相关部件的运行,进而实现推力矢量的调整。

这种方式的控制效率较低,适用于老型号的飞机。

而电子控制则是基于电控技术和计算机技术的控制方式,能够更加精确地调节和控制推力矢量,可适用于新型号的战斗机。

主要应用和发展趋势推力矢量控制技术可以显著提高飞行器的空战效能、攻击精度和作战灵活性等方面的性能。

目前,推力矢量控制技术已经广泛应用在一些高科技装备上,如F-22、F-35等新型战斗机、巡航导弹等。

被称为隐形战斗机的F-22战斗机和F-35战斗机,正是通过推力矢量控制技术提高了其优良的操纵性和隐形性能,成为目前世界上最顶尖的战斗机之一。

随着我国军事技术的发展和提高,我国也开始逐渐掌握推力矢量控制技术。

气动/推力矢量飞行器分阶段复合控制分配策略设计

气动/推力矢量飞行器分阶段复合控制分配策略设计
s e s ,t h e a l l o c a t i o n s t r a t e g i e s o f b o t h i ni t i a l f l i g ht p h a s e a n d t e r mi n a l g u i d a n c e p h a s e a r e d e s i g n e d b a s e d o n f u z z y l o g i c a n d i n c r e a s i n g c h a i n t h e o r y,s e p a r a t e l y .S i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s t r a t e g i e s h a v e g o o d e f f e c t s o n f l i g ht c o n t r o l a n d t h e l O S S o f t h r u s t c a n b e d e c r e a s e d a t t h e s a me t i me .
v e h i c l e ba s e d o n d i f f e r e nt f l i g h t pha s e s
GAO F e n g ,TANG S h e n g — j i n g ,GUO J i e ,S HI J i a o
( I .Ke y L a b o r a t o r y o f Dy n a mi c s a n d Co n t r o l o f Fl i g h t Ve h i c l e ,Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n, S c h o o l o f Ae r o s p a c e En gi n e e r i n g,Be i j i n g I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y,Be i j i n g J 0 0 0 8 1,C h i n a; 2.Ch i n a Ac a d e my o f L a u n c h Ve h i c l e Te c h n o l o g y,Be i j i n g j 0 0 0 7 6,Ch i n a)

射流推力矢量技术的研究现状与发展

射流推力矢量技术的研究现状与发展

Science and Technology&Innovation┃科技与创新2020年第10期文章编号:2095-6835(2020)10-0081-03射流推力矢量技术的研究现状与发展王杰(中国民航飞行学院飞行技术学院,四川广汉618307)摘要:飞行器的空间姿态变化主要依靠常规气动舵面的偏转,使用推力矢量喷管,可以提高飞行器的机动性能和飞行包线。

传统的推力矢量喷管由机械活动部件的偏转产生矢量推力,缺点是质量大、结构复杂、维修困难等,射流推力矢量技术的研究可以有效解决这一问题。

对机械式推力矢量喷管的研究和优缺点进行了描述,解释了Coanda效应的原理,介绍了射流推力矢量技术的特点、方案及国内外的研究现状,指出了射流推力矢量技术的不足。

关键词:Coanda效应;射流推力矢量;推力矢量技术;二次流中图分类号:V211.3文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2020.10.034飞行器控制机动动作,主要依靠副翼、方向舵、升降舵和鸭翼等常规空气动力舵面的偏转来实现[1]。

这些舵面的偏转会改变飞行器的气动外形,从而使作用在飞行器上的气动力和力矩发生变化,飞行器发生机动。

然而,使用气动舵面会限制飞行器气动性能的进一步提升,低速大迎角飞行时,气动舵面的效率低;高速飞行时,又会增大飞行器的气动阻力。

传统发动机的固定式喷管,产生的推力通常与飞行器纵向一致或保持一个固定夹角,无法提高飞行器的失速特性。

随着现代航空技术的发展,世界航空制造强国在战机的设计上开始追求敏捷性和过失速机动能力。

推力矢量控制和推力矢量喷管成为现代战机的核心和关键技术之一。

推力矢量技术可以将发动机的推力进行水平或垂直方向的调整,将一部分推力变成操纵力,控制飞行器的俯仰、偏转和滚转运动,代替传统气动舵面。

甚至在飞行器失速时,推力矢量喷管也能进行有效控制,即克服失速极限。

利用推力矢量技术,不仅可以提高飞行器的机动性和敏捷性、增大临界迎角、缩短起飞/滑跑距离,对于减小飞行器的气动阻力、减轻结构质量、扩大飞行包线、增强隐身性也效果显著[2]。

航天飞行器的动力系统控制方法

航天飞行器的动力系统控制方法

航天飞行器的动力系统控制方法航天飞行器的动力系统是实现航天器运行的关键部分,它负责提供动力以推动航天器在宇宙空间中进行飞行任务。

为了保证航天飞行器的安全与稳定,动力系统的控制方法显得尤为重要。

本文将介绍几种常见的航天飞行器动力系统控制方法,包括推进系统控制、姿态控制和能源管理。

一、推进系统控制推进系统是航天飞行器动力系统中最为重要的部分,能够为航天器提供推力。

而推进系统的控制旨在确保航天器能够实现预定的轨道和速度。

目前,常见的航天飞行器推进系统控制方法包括推进剂供给控制、推进剂喷射控制和推力矢量控制。

1.推进剂供给控制:推进剂供给控制主要涉及推进剂的储存与供给,以保证推力系统能够获得足够的推进剂。

在控制方法中,需要考虑推进剂的数量、储存所需的舱容、推进剂的供给速率等因素。

对于液体火箭,需要控制好燃料和氧化剂的供给比例;对于固体火箭,需要控制燃烧速率和燃料的供给方式。

推进剂供给控制方法直接影响到航天器的飞行性能和安全性。

2.推进剂喷射控制:推进剂喷射控制是指通过控制喷嘴的方向和喷射速度来改变推力的方向和大小。

在航天器的任务中,经常需要调整飞行器的速度和位置。

通过控制推进剂的喷射,可以实现速度和位置的调整。

常见的方法包括喷嘴的转向控制、推进剂流量的调节和喷嘴的推力控制等。

3.推力矢量控制:推力矢量控制是指通过改变推进剂喷射方向来控制航天器的姿态和转向。

这种控制方法主要应用于具有多个喷嘴的航天器。

通过改变喷嘴的喷射方向和推力大小,可以实现航天器的姿态调整和转向控制。

推力矢量控制方法可以提高航天器的机动性,并适应复杂的任务需求。

二、姿态控制姿态控制是指控制航天器在空间中的方向和姿态,保持其稳定和准确的飞行状态。

航天器在宇宙空间中受到外部力的干扰,因此需要实现姿态的控制来保持其稳定性。

常见的姿态控制方法包括惯性导航控制、星敏感器控制和陀螺控制。

1.惯性导航控制:惯性导航控制是通过利用陀螺仪和加速度计等装置来检测航天器的姿态和方向。

基于基排序的推力矢量飞机控制分配方法

基于基排序的推力矢量飞机控制分配方法

收稿日期:2021-08-28基金项目:装备预研中国航发联合基金项目(6141B09020)资助作者简介:倪烨斌(1990),男,硕士,工程师。

引用格式:倪烨斌,姚太克,杨刚.基于基排序分配的推力矢量飞机控制方法[J].航空发动机,2023,49(3):126-132.NI Yebin ,YAO Taike ,YANG Gang.Control allocation method of aircraft with thrust vectoring based on bases sequence[J].Aeroengine ,2023,49(3):126-132.基于基排序的推力矢量飞机控制分配方法倪烨斌,姚太克,杨刚(中国航发控制系统研究所,江苏无锡214063)摘要:为了解决推力矢量战机存在的执行机构冗余和气动/矢量操纵面协调控制问题,基于过驱动控制理论及控制分配理论,提出一种基于基排序的操纵面调度管理分配算法。

综合推力矢量飞机各型操纵面的物理特性差异、转矩可达集大小、推力矢量工作时间限制等因素,划分基控制组。

采用优先级为主气动控制组、辅助气动控制组、推力矢量控制组的3级串接链分配构型,按指令幅值依序调度各级操纵面。

结果表明:算法分配过程清晰灵活,飞行控制品质优良,对飞行任务与操纵面故障适应性强,可保证战机高效完成各项任务。

相较于传统伪逆方案,新算法在典型“眼镜蛇”机动过程中,削减矢量偏转工作时长超50%,降低最大偏转角超3°。

该算法可规避传统分配方法无差别调度气动/矢量操纵面的缺陷,优化推力矢量启用时间,有效解决飞机操纵能力扩展与矢量装置寿命平衡的矛盾。

关键词:飞/推综合控制;推力矢量;控制分配;基排序;操纵面;航空发动机中图分类号:V233.7文献标识码:Adoi :10.13477/ki.aeroengine.2023.03.016Control Allocation Method of Aircraft with Thrust Vectoring Based on Bases SequenceNI Ye-bin ,YAO Tai-ke ,YANG Gang(AEEC Aero Engine Control System Institute ,Wuxi Jiangsu 214063,China )Abstract :In order to solve the problem of actuator redundancy and coordinated control of aerodynamic/vector control surfaces of fight⁃ers with thrust vectoring.Based on the theories of over-actuated control and control allocation,a control surface scheduling and allocation algorithm based on bases sequence was put forward.Control bases were grouped according to factors such as the differences of physicalcharacteristics of various control surfaces,the size of the attainable moment subset,and the time restriction of the thrust vectoring.A triple-stage daisy chain allocation configuration was adopted with the priority of the main aerodynamic control bases,the auxiliary aerodynamic control bases and thrust-vector bases,scheduling control surfaces according to the commanded amplitude and the sequence established.The results show that the allocation process of the algorithm is clear and flexible,achieving excellent flight quality,with good adaptability to flight missions and control surface faults,ensuring efficient mission pared with the traditional pseudo-inverse scheme,the working time reduction of the thrust vector is more than 50%,and the reduction of the maximum deflection angle is more than3°during the typical Cobra Maneuver.The shortcoming of traditional control allocation methods for undifferentiated scheduling of aerody⁃namic/vector control surfaces is avoided,the activation time of thrust vector is optimized,and the contradiction between the enhancement of aircraft maneuverability and the service life of thrust vector is effectively solved by implementing the algorithm.Key words :integrated flight/propulsion control;thrust vectoring;control allocation;bases sequence;control surface;aeroengine第49卷第3期2023年6月Vol.49No.3Jun.2023航空发动机Aeroengine0引言随着航空技术的快速进步,航空动力装置从为战机提供足够的飞行推力,发展到基于矢量装置直接产生3轴力矩参与飞行姿态控制的使用场景。

航空航天工程师在航空器发动机燃烧与推力控制中的技术与应用

航空航天工程师在航空器发动机燃烧与推力控制中的技术与应用

航空航天工程师在航空器发动机燃烧与推力控制中的技术与应用航空航天工程是现代科技领域中最具挑战性和复杂性的领域之一。

在航空器的设计和制造中,航空航天工程师起着至关重要的作用。

在航空器发动机的燃烧与推力控制方面,航空航天工程师运用各种技术与应用确保发动机的高效运行和飞行器的安全。

一、航空器发动机的基本原理与构造航空器发动机是航空器中最关键的部件之一,负责提供飞行所需的推力。

它的基本原理是将燃料与氧气混合燃烧产生高温高压气体,通过喷嘴喷出,产生反作用力推动飞行器前进。

通常情况下,航空器发动机包括气道系统、燃烧室和喷管等关键组成部分。

气道系统负责引入气体和压缩空气,燃烧室是燃烧与推力生成的地方,喷管则用于将高速喷射的气体转化为推力。

二、航空航天工程师在燃烧与推力控制中的技术挑战1. 燃烧效率提升航空发动机的燃烧效率对飞行器性能至关重要。

航空航天工程师通过燃烧室和喷嘴的设计优化,以及燃油喷射的精确控制,提高燃料的燃烧效率,减少能量损失。

2. 推力调节与平衡航空发动机的推力调节与平衡是飞行控制的核心问题之一。

航空航天工程师通过控制进气量、燃料供给和喷嘴形状等手段,实现航空器在不同飞行阶段的推力调整和平衡。

3. 安全与可靠性保障航空器的安全与可靠性是航空航天工程师在推力控制中极为重视的方面。

工程师通过精确的传感器和控制系统,监测和调整燃烧过程中的温度、压力和振动等参数,以确保发动机的安全运行。

三、航空航天工程师在航空器发动机燃烧与推力控制中的应用案例1. 先进燃烧技术的发展航空航天工程师通过先进燃烧技术的研发和应用,大幅提高了航空发动机的性能和效率。

例如,喷气发动机的涡轮增压技术、喷油系统的精确控制以及燃烧室的湍流燃烧技术等,都是航空航天工程师在推力控制中的重要应用。

2. 推力矢量控制技术推力矢量控制技术是近年来航空发动机领域的重要突破之一。

航空航天工程师通过在喷嘴末端安装动力矢量喷嘴,可以改变喷气方向,从而实现飞行器的灵活操纵和优化推力分配。

推力矢量飞行器动态控制分配方法研究

推力矢量飞行器动态控制分配方法研究

v e c t o r , wi t h c o n s i d e r a t i o n o f t h e d y n a mi c p r o p e r t y o f a c t ua t o r s i n c l u d i n g t r a d i t i o n l a a c t u a t o r s a n d t h r u s t v e c t o r
( C o l l e g e o f A u t o m a t i o n E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s , N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 , C h i n a )
推 力 矢 量 飞 行 器 动 态 控 制分 配 方 法研 究
章 鸿翔 , 薛雅 丽 , 王佳 辉
( 南京航空航天大学 , 南京 摘 2 1 0 0 1 6 )
要 :主要研 究 了动态分配算法在推力 矢量飞机上 的应 用。首先对该推 力矢量飞机基 于 时标 分 离原理建模 , 控制
系统分 为快、 慢 回路 。执行 器的动 态特性设 为一阶惯性环节。然后分析 了动 态控制分配 的算 法及 求解过程 , 并对该算 法的动 态特 性和稳态特性做 了必要的证 明。针 对推 力矢量 飞机 包括 传统舵 面及推 力矢量舵 面在 内的执行 器的动 态 特性 , 对其进行 了动 态控制分 配的仿 真。仿 真结果表明 , 高频执行 器在机动过 程 中的使 用程度相 对增加 了, 飞行 器跟
Ab s t r a c t :T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e a p p l i c a t i o n o f d y n a mi c a l l o c a t i o n me t h o d i n t h e a i r c r a f t w i t h t h r u s t v e c t o r .

推力矢量无人机大机动非线性控制技术

推力矢量无人机大机动非线性控制技术

科学技术创新2020.36推力矢量无人机大机动非线性控制技术田海铭王芬芬华艺欣(中国飞行试验研究院,陕西西安710089)随着现代科学技术的发展,各种新型无人机层出不穷,无人机已经从战场的辅助角色慢慢进化为现代空战的主力,在未来的战争中有望取代有人战斗机的角色,成为空战主力军。

对于无人机控制,陈怀民[1-3]等人采用PI D 、鲁棒控制等线性方法对飞机进行控制器设计,但对于非线性严重的大机动飞行,用线性控制工作量大且控制效果不好。

本文对推力矢量无人机的机动飞行控制方法进行研究,由于机动飞行过程中无人机非线性严重,采用传统的线性控制已经很难满足设计需要,因此采用动态逆和H ∞鲁棒控制相结合的非线性方法对飞机进行控制,通过对机动飞行的仿真,验证该方法的可行性。

1H ∞鲁棒动态逆内环控制器设计通常将无人机动力学方程和运动学方程中的十二个状态变量,根据带宽将其分为快回路状态量、较快回路状态量和慢回路状态量。

本节对变化最快的姿态角速率变量x 1=[p ,q ,r ]进行动态逆控制器设计,并将此作为鲁棒动态逆控制器的内环。

快回路状态量可表示为状态方程:(1)式中,l ~、m ~、n~分别代表气动舵偏为零时的气动力矩,也称之为非控制面力矩。

所以f p (x )、f q (x )、f r (x)不受舵偏变化的影响。

对于推力矢量控制机构,其作用效果和气动舵面相同,也是通过偏转来实现对无人机力和力矩的控制,所以在动态逆控制中将推力矢量视为与气动舵地位等同。

可将动态逆内环控制器表示为:(2)式中动态逆控制器的输入[p ̇c ,q ̇c ,r ̇c ]由指令生成器生成,假设误差信号ε为:ε=x c -x 1(3)其中,x c 为系统期望角速率,ẋc ,x ¨c 均为零。

方程ε¨+2ξωn ε̇+ωn 2ε=0的解为ε=x c -x 1=(1/1-ξ2√)e -ξωnt s i n (ωn 1-ξ2√t +ar ct an 1-ξ2√/ξ),误差ε趋近于零,则ζωn >0。

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第2
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De c. 201 6
2 0 1 6年 1 2月
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 1— 6 3 7 X. 2 0 1 6 . 1 2 . 0 1 6
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F i r s t l y , t h e a i r c r a f t i s mo d e l e d b y t h e t i me s c a l e s e p a r a t i o n p in r c i p l e . T h e c o n t r o l s y s t e m i s d i v i d e d i n t o t wo l o o ps o f f a s t l o o p a n d s l o w l o o p . Th e d y n a mi c c h a r a c t e is r t i c s o f t h e a c t u a t o r a r e s e t t o a i f r s t o r d e r mo d e 1 . he T n , t h e
o f t h e a l g o r i t h m i s p r o v e d. S i mu l a t i o n i s c a r r i e d o u t o n d y n a mi c c o nt r o l a l l o c a t i o n o f t he a i r c r a f t wi t h t h r u s t
Ab s t r a c t :T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e a p p l i c a t i o n o f d y n a mi c a l l o c a t i o n me t h o d i n t h e a i r c r a f t w i t h t h r u s t v e c t o r .
p r o c e s s o f s o l v i n g t h e d y n a mi c a l l o c a t i o n me t h o d i s a n a l y z e d , nd a t h e d y n a mi c p r o p e r t y a s w e l l a s s t e a d y p r o p e t r y
推 力 矢 量 飞 行 器 动 态 控 制分 配 方 法研 究
章 鸿翔 , 薛雅 丽 , 王佳 辉
( 南京航空航天大学 , 南京 摘 2 1 0 0 1 6 )
要 :主要研 究 了动态分配算法在推力 矢量飞机上 的应 用。首先对该推 力矢量飞机基 于 时标 分 离原理建模 , 控制
系统分 为快、 慢 回路 。执行 器的动 态特性设 为一阶惯性环节。然后分析 了动 态控制分配 的算 法及 求解过程 , 并对该算 法的动 态特 性和稳态特性做 了必要的证 明。针 对推 力矢量 飞机 包括 传统舵 面及推 力矢量舵 面在 内的执行 器的动 态 特性 , 对其进行 了动 态控制分 配的仿 真。仿 真结果表明 , 高频执行 器在机动过 程 中的使 用程度相 对增加 了, 飞行 器跟
v e c t o r , wi t h c o n s i d e r a t i o n o f t h e d y n a mi c p r o p e r t y o f a c t ua t o r s i n c l u d i n g t r a d i t i o n l a a c t u a t o r s a n d t h r u s t v e c t o r
( C o l l e g e o f A u t o m a t i o n E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s , N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 , C h i n a )
踪姿 态角指 令更敏捷 ; 推 力矢量舵 面偏 转速率保持 较 小水平 , 有利 于延 长发动机 的使 用寿命。动 态控 制分 配在推 力
矢量 飞行 器 上 的 应 用 取 得 了 良好 的 效 果 。
关键词 :推 力矢量 ;飞行器 ;动态控制分配 ;执行 器频率 ; 发动机寿命
中 图分 类 号 :O 2 1 3 . 2 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1 6 7 1— 6 3 7 X( 2 0 1 6 ) 1 2— 0 0 7 1 — 0 6
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