[发明专利]基于预设性能的高超声速飞行器纵向减损控制方法

说明书

本发明公开了基于预设性能的高超声速飞行器纵向减损控制方法，该方法包括如下步骤：步骤1），对高超声速飞行器机翼进行受力分析；步骤2），针对机翼整体进行损伤动力学建模；步骤3），通过建立的损伤动力学模型，利用损伤模型获取的实时损伤信息设计纵向分层预设性能减损控制器。本发明除了能保证减少飞行器飞行过程中的损伤累积，还能很大程度的维持未减损时的飞行性能，应用效果好。

技术领域

本发明涉及基于预设性能的高超声速飞行器纵向减损控制方法，属于飞行器减损控制技术领域。

背景技术

机翼是高超声速飞行器(HFV)产生升力的关键结构，薄激波层、黏性干扰、熵层、高温效应和低密度效应等复杂的气动效应使机翼表面产生更加复杂的气动载荷分布，威胁着飞行安全，所以为了延长飞行器的寿命，在正常飞行中采取有效的控制策略来减轻机翼的损伤是很有必要的。

近年来，关于飞行器减损控制的研究取得了重要成果。首先有学者提出基于限制飞行器的最大载荷系数的方案，设计了一个名为“g-limiter”的控制器，此控制器已被应用在了洛克菲勒马丁F-16和F/A-18，还有利用机翼上的加速计的反馈来驱动机翼上的特殊舵面来减少由扰动引起的额外载荷，以此来降低机翼上累积的损伤。然而，由于未对机翼上所受的损伤进行动态建模，在设计控制器时不能达到充分抑制损伤的目的，于是基于裂纹增长的损伤裂纹模型如FASTRAN-2，连续时间的损伤模型被相关学者提出，基于连续时间的损伤模型被用在了火箭发动机、旋翼飞机和燃料发电站等处，设计的控制器极大的提升了抑制机翼损伤累积的能力。

然而，上述研究成果在设计减损控制器时对系统性能降低了要求，而此种设计方案已经在很多工程中都已经实际应用。但是基于高超声速飞行器飞行速度快，强非线性和强耦合的特殊性，系统性能是飞行安全的基本保障。因此，设计一种新的控制技术既能减少飞行过程中的损伤累积，又能几乎不损失飞行性能是很有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于预设性能的高超声速飞行器纵向减损控制方法，针对机翼整体进行损伤动力学建模，通过建立的损伤动力学模型，利用损伤模型获取的实时损伤信息设计纵向分层预设性能减损控制器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于预设性能的高超声速飞行器纵向减损控制方法，包括如下步骤：

步骤1，选取高超声速飞行器机翼的其中一个截面作为目标截面，对该目标截面进行受力分析，从而得到该目标截面的应力信息；

步骤2，结合步骤1得到的应力信息，基于损伤累积理论构建损伤动力学模型；沿翼展方向均匀的选取10个不同的截面进行损伤累积分析，从而得到损伤累积最快的截面；

步骤3，通过建立的损伤动力学模型，实时获取损伤累积最快的截面的损伤信息，将该损伤信息作为参照，结合高超声速飞行器的动力学模型，设计得到纵向减损控制器。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1的具体过程如下：

步骤1-1，选取高超声速飞行器机翼的其中一个截面作为目标截面，计算目标截面绕机体x轴和绕机体z轴的弯曲力矩：

其中，M_blx和M_blz分别是目标截面绕机体x轴和绕机体z轴的弯曲力矩，l是翼尖到目标截面的距离，y是小于目标截面的其他截面到目标截面的距离，w_y是其他截面的宽度，α是迎角，γ是航迹倾斜角，q_L、q_D、q_w分别是目标截面处受到的气动升力载荷、气动阻力载荷、质量力载荷，表示为：