[发明专利]一种用于连续变弯度后缘的机翼失速颤振闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种基于连续变弯度后缘的三维机翼失速颤振闭环控制方法及其流程：首先借助高效高精度的CFD/CSD方法计算后缘弯度连续改变对机翼失速颤振的特性的开环影响。然后采用循环神经网络建立并训练同时考虑机翼振动与三维展向后缘运动的非线性非定常降阶模型。应用上述降阶模型快速计算沿三维展向变化的柔性后缘任意运动的气动力并用于设计柔性后缘的运动形式，减小失速颤振运动幅值。本发明采用连续变弯度后缘抑制机翼失速颤振，可以实现传统刚性后缘偏转无法达到的控制方式，有效抑制失速颤振。

技术领域

本发明涉及一种用于具有沿弦向和展向连续变弯度后缘的机翼的失速颤振闭环控制的构建方法。

背景技术

气动伺服弹性综合是指针对给定的飞行器性能指标设计主动控制律，构成闭环反馈，从而达到预期的指标，以提高系统性能(杨超主编.飞行器气动弹性原理[M].北京航空航天大学出版社,2011)。失速颤振是一种动气动弹性稳定性问题，也是气动伺服弹性综合所关注的重点问题之一。

传统飞行器设计中多采用以舵机驱动刚性后缘偏转，结合闭环控制律实现对此类问题的稳定性控制(宋晨,吴志刚,杨超.基于PID控制器的颤振主动抑制控制律设计[C]//第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集.2009.)。然而传统刚性后缘偏转存在结构间隙与表面曲率突变，使机翼诱导阻力增加、气动噪声增大，且其变形方式较为固定，难以适应各种飞行工况。而采用连续变弯度后缘的机翼可以产生连续、光滑的后缘变形，在达到操纵效果的同时可以有效减小诱导阻力和气动噪声，这对于航空器提升续航能力、提高经济性与舒适性有重要的意义(张音旋,陈亮,吴江鹏,等.可变弯度机翼后缘的研究进展及其关键技术[J].飞机设计,2017,037(006):34-39.)。

现阶段基于连续变弯度后缘的机翼失速颤振主动抑制研究较少且不足较多。失速颤振和后缘大变形本身都属于非线性问题，现有方法的主要问题在于处理非线性问题能力较弱，并且设计方法和思路没有充分考虑连续变弯度后缘的特性，现有工作只考虑了变形沿展向相同的情况，即实现的仅是一种准三维变形(赵仕伟.可变形机翼结构设计与气动弹性研究[D].北京航空航天大学，2020)。并且由于连续变弯度后缘气动特性复杂，需要借助高精度的流场分析手段，导致设计周期长，迭代优化难度高。

发明内容

本发明提出一种用于具有沿弦向和展向连续变弯度后缘的机翼的失速颤振闭环控制的构建方法，其通过计算分析、降阶建模和控制律设计验证的环节，实现以后缘连续变形抑制机翼失速颤振。该方法适用于分析处理流动复杂情况的气动伺服弹性问题，可以考虑沿弦向和展向不均匀的复杂变形形式，控制方案的选择更灵活，同时也提高了控制律设计验证的效率，降低了设计成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于具有沿弦向和展向连续变弯度后缘的机翼的失速颤振闭环控制的构建方法,其特征在于包括下述步骤：

步骤A：建立后缘沿弦向变形的数学模型，包括利用形函数叠加的方法表征所述连续变弯度后缘沿展向的变形，将弦向与展向规律综合得到后缘曲面三维变形的表征，在此基础上确定多组后缘变形指令输入，

步骤B：利用CFD计算得到与多组后缘变形指令输入对应的多组气动力时域开环响应，

步骤C：将多组后缘变形指令输入作为训练输入，将多组气动力时域开环响应作为训练样本，训练循环神经网络，从而得到针对连续变弯度后缘的变形的非线性非定常气动力降阶模型，

步骤D：利用所述非线性非定常气动力降阶模型，计算在多组后缘变形指令输入中的每一组的情况下使一个振动周期内俯仰气动力矩所做正功减小的连续变弯度后缘的变形方式，

步骤E:用所述非线性非定常气动力降阶模型作为气动力快速生成的工具，并与基于MATLAB编写的结构动力学模块和MATLAB Simulink的控制模块相连，以翼梢传感器的速度、加速度作为控制指标和闭环反馈信息，通过迭代优化的方法确定闭环控制器的参数。