[发明专利]一种飞行器滚转控制的风洞仿真方法

说明书

本发明公开了一种飞行器滚转控制的风洞仿真方法。该方法使用的实验机构包括用于驱动芯轴产生滚转控制力矩的力矩致动器，用于测量芯轴旋转角度的旋转编码器，用于测量飞行器模型滚转力矩的天平，以及选配的用于力矩放大的减速电机。包括以下步骤：确定飞行器模型转动惯量；确定滚转力矩目标控制函数；确定滚转力矩执行控制策略；确定滚转力矩执行控制参数；实施风洞实验。当滚转力矩目标控制函数及飞行器模型不变时，前四个步骤可只进行一次，风洞每次运行只需要重复执行第五步。该方法通过力矩致动器产生滚转力矩，模拟实物舵机的控制效果，从而模拟飞行器真实飞行时的滚转控制，该方法不受风洞尺寸及成品舵机的限制，可用于替代虚拟飞行实验。

技术领域

本发明属于风洞动态试验技术领域，具体涉及一种飞行器滚转控制的风洞仿真方法。

背景技术

目前，风洞中进行飞行器滚转控制仿真通常采用虚拟飞行实验方法，虚拟飞行实验方法固定飞行器模型的平移运动自由度，放开飞行器模型的俯仰、滚转、偏航自由度中的部分或全部，利用飞行器的实物舵机，控制飞行器模型在流场中的运动过程。虚拟飞行实验方法更加接近真实飞行，但是一般必须采用1:1尺寸的飞行器模型，许多飞行器模型受风洞尺寸限制，无法进行虚拟飞行试验，并且，许多研制中的飞行器尚无成品的实物舵机，在没有近似性能舵机代替的情况下，也无法进行虚拟飞行试验。

当前，亟需发展一种飞行器滚转控制的风洞仿真方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种飞行器滚转控制的风洞仿真方法。

本发明的飞行器滚转控制的风洞仿真方法，其特点是，所述的仿真方法使用的实验机构的关键执行部件和传感器包括用于驱动芯轴产生滚转力矩的力矩致动器，用于测量芯轴旋转角度的旋转编码器，用于测量芯轴施加给飞行器模型的滚转力矩的天平，以及选配的用于放大滚转力矩的减速电机；

所述的仿真方法包括以下步骤：

a.确定飞行器模型转动惯量I_m；

根据动力学相似准则，飞行器模型转动惯量I_m应当满足以下关系：

其中，q是流场动压，V是来流速度，λ是模型缩比，I是滚转转动惯量；下标s表示飞行，m表示风洞仿真；

b.确定滚转力矩目标控制函数g＝func(M_a,q,α,γ,ω,…)，即芯轴施加给飞行器模型的滚转力矩；

c.确定滚转力矩执行控制策略；控制策略将芯轴施加在飞行器模型上的滚转力矩视为系统的实际输出，芯轴施加在飞行器模型上的滚转力矩的值等于滚转力矩天平测值f的负值-f，滚转力矩目标控制函数g的值视为给定值，系统的控制目标是g+f趋于0；

d.确定滚转力矩执行控制参数；控制芯轴旋转，旋转编码器差分测量芯轴转速，以转速为前馈控制的执行输入参数，测量在不同转速下的力矩致动器的输出力矩；外力带动飞行器模型进行滚转运动，以输出力矩为力矩致动器的执行输入力矩参数，获得天平测值的变化过程，采用任意一种PID参数整定方法确定执行输入参数和执行输入力矩参数；

e.实施风洞实验；将执行控制策略和执行控制参数应用于滚转动态实验机构的控制系统，启动风洞，调节至动力学相似要求的动压，进行实验；

在滚转力矩目标控制函数及飞行器模型不变时，步骤a～步骤d只进行一次，之后风洞每次运行只需要重复执行步骤e。

进一步地，所述的力矩致动器具有转速反馈。