[发明专利]一种基于分岔理论和自由度释放实验的失稳运动分析方法

说明书

本发明公开了一种基于分岔理论和自由度释放实验的失稳运动分析方法，首先在风洞中搭建一套自由度释放实验系统；然后，通过在自由度释放实验中引入分岔理论，建立一种基于控制的连续算法，对分支平衡点和周期闭轨进行搜寻；采用非侵入性控制，将分支搜寻过程转变为反馈控制量趋于零的寻优过程，使反馈控制在改变平衡分支稳定性的同时还保持其平衡分支位置，从而在实验中连续跟踪稳定和不稳定平衡解，获得飞行器的全局稳定特性，为飞行器的动态特性研究提供一种全新的实验方法，可以实现对飞行器失速偏离特性的准确预测。

技术领域

本发明涉及航空飞行器地面试验技术领域，尤其涉及一种基于分岔理论和自由度释放实验的失稳运动分析方法。

背景技术

现代战斗机为追求高机动性，往往会进入大迎角区域，其运动在大迎角下可能呈现严重的非线性，极易出现失速偏离，甚至有进入尾旋的危险。而对这类失稳问题的研究，不仅关系到飞行安全，也关系到现代高性能飞机的作战能力。由于在失速偏离区域气动力和力矩的严重非线性，纵横向气动力交叉耦合，非定常特性影响以及明显的气动迟滞现象等因素，给飞行器失速偏离预测和试飞带来了极大的困难和风险。

目前的失速偏离研究手段以及失速偏离判据大多基于常规风洞实验数据，在反映非线性气动特性时具有局限性，并且在非线性系统处于失速偏离这种临界状态时，其分析结果将与实际系统响应之间产生不可忽略的误差。所以，针对飞行器失速偏离问题发展新的研究方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于分岔理论和自由度释放实验的失稳运动分析方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于分岔理论和自由度释放实验的失稳运动分析方法，包括在风洞中搭建一套自由度释放实验系统；首先通过在自由度释放实验系统中引入分岔理论，建立一种基于控制的连续算法，对分支平衡点和周期闭轨进行搜寻；采用非侵入性控制的方法将分支搜寻过程转变为反馈控制量趋于零的寻优过程，使反馈控制在改变平衡分支稳定性的同时还保持其平衡分支位置，从而在实验中连续跟踪平衡解，并穿越分支上的“拐点”，对不稳定的平衡解进行实验跟踪，获得飞行器的全局稳定特性。

进一步地，该方法具体包括以下步骤：

(1)通过自由度释放实验系统，研究实验模型的非线性动力学现象；

(2)通过升降舵的斜坡输入，获得无反馈控制下实验模型在不同稳定运动分支上的特性及突变特性；

(3)引入实验模型舵面对姿态的简单反馈控制。研究反馈控制对实验模型增稳的有效性；

(4)在上一步获得的简单控制律基础上构造跟踪指令控制律，通过基于控制的连续算法跟踪稳定及不稳定的分支，以获得完整的分岔特性。

进一步地所述的自由度释放实验系统包括包括实验模型、自由度释放机构和地面控制中心，所述自由度释放机构将所述实验模型固定在风洞中，所述实验模型上内嵌有飞行控制系统，所述地面控制中心通过无线通讯与所述飞行控制系统进行连接。

进一步地，所述一种基于控制的连续算法，包括：通过物理实验直接跟踪系统随参数变化的稳态响应，基于控制的连续算法依赖于控制来达到指定状态点；采用基于PI反馈的非线性动态逆方法作为控制律，用以跟踪角速率指令Ω_c＝{p_c，q_c，r_c}和输出指令控制方法如式

其中，Ω_c为角速度指令，I为单位矩阵，p_c为滚转角速率指令，q_c为俯仰角速率指令，r_c为偏航角速率指令，为滚转角加速度输出指令，为俯仰角加速度输出指令，为偏航角加速度输出指令。

进一步地，所述非侵入性控制的方法的控制信号表示为：