[发明专利]一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法

说明书

本发明公开了一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法，包括：1）建立适用于计算倾转旋翼机倾转过渡过程的飞行动力学模型；2）根据不同的飞行任务建立合适的边界条件、路径约束和性能指标，将倾转旋翼机的倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题；3）设计数值优化算法对步骤2）中的非线性动态最优控制问题进行求解，得到倾转旋翼机的倾转过渡过程。本发明提出的求解方法计算效率高，收敛快，计算结果可信度高，可以用来研究倾转旋翼机的最优倾转过渡过程。

技术领域

本发明属于飞行力学与飞行仿真技术领域，具体指代一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法。

背景技术

倾转旋翼机是一种将直升机和固定翼飞机特点融为一体的新型飞行器，具有广泛的应用前景。倾转旋翼机具有三种飞行模式：直升机模式、固定翼飞机模式以及倾转过渡模式；为了满足直升机模式和固定翼飞机模式的要求，倾转旋翼机同时具有直升机和固定翼两套操纵方式，并随着发动机短舱倾转角的改变而逐渐转换。因此倾转旋翼机在倾转过渡过程中会出现操纵冗余问题，驾驶员操纵会变得十分复杂；除此之外，整个倾转过渡过程还必须保证在倾转走廊内完成，这是因为过低的前飞速度会导致倾转旋翼机机翼失速，过高的前飞速度则会受到旋翼前行桨叶压缩性、后行桨叶失速以及旋翼可用功率的限制。可以看出，倾转旋翼机的倾转过渡过程是极为重要和复杂的飞行过程，如何解决操纵冗余问题，并顺利的完成直升机模式和固定翼飞机模式之间的相互转换，是国内外研究的重要课题。

目前关于倾转旋翼机倾转过渡的控制方法主要集中在预先设定操纵方案以解决操纵冗余问题，并设计控制系统来跟踪预定指令(倾转规律、飞行轨迹等)上，因此无法得到不同飞行任务下的最优操纵策略和飞行轨迹。事实上，研究倾转旋翼机的最优倾转过渡过程，得到对应的最优操纵策略和飞行轨迹等，不仅可以解决操纵冗余问题，还能有效降低驾驶员工作负荷、提高倾转过渡效率、稳定机体姿态，有利于倾转过渡系统的设计，因此有必要对倾转旋翼机的最优倾转过渡过程进行研究。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法，以解决现有技术中无法得到倾转旋翼机在不同飞行任务下的最优操纵策略和飞行轨迹。

为达到上述目的，本发明公开一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法，包括步骤如下：

1)建立适用于计算倾转旋翼机倾转过渡过程的飞行动力学模型；

2)根据不同的飞行任务建立合适的边界条件、路径约束和性能指标，将倾转旋翼机的倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题；

3)设计数值优化算法对步骤2)中的非线性动态最优控制问题进行求解，得到倾转旋翼机的倾转过渡过程。

优选地，上述步骤1)中模型在倾转过渡求解过程中能够考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制，还能避免在数值求解过程中出现跳跃不连续。

优选地，上述步骤1)中模型包括：基本非线性飞行动力学模型，混合操纵方程和控制量微分方程。

优选地，上述的混合操纵方程为：

优选地，上述的控制量微分方程为：

考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制，同时为了避免操纵量在优化过程中出现跳跃不连续或者bang-bang型控制的形式，使用δ_col、δ_lon、δ_lat、δ_ped和δ_in的一阶导数作为控制量，并把δ_col、δ_lon、δ_lat、δ_ped和δ_in作为新的状态变量：

优选地，上述步骤2)中的性能指标具体为：