垂直/短距起降飞行器动力学建模与协调综合控制

为适应未来空天安全需要，本研究以垂直/短距起降飞行器为对象，力求在对其非定常气动力和系统动力学特点准确分析的基础上，通过探索新机制，创立新方法，确立一套适合垂直/短距起降飞行器的动力学分析方法和控制系统设计理论。在几种典型飞行状态下（包括垂直起飞/着陆、过渡飞行、巡航飞行、空中悬停及其它典型机动飞行），摸清垂直/短距起降飞行器气动特性与面向控制的建模理论与方法、系统可解耦条件与协调控制、基于异类混合多操纵面的协调综合飞行控制理论与方法等关键基础理论问题，形成一套面向工程应用的垂直/短距起降飞行器非线性气动/控制设计方法和协调综合飞行控制系统方案。提出垂直/短距起降飞行器飞行控制设计的一般准则和方法，为该类飞行器的总体设计和飞行控制系统研究提供技术储备。本研究的突破，可为我国非常规布局飞行器总体设计和综合飞行控制研究奠定基础，对于提高我国航天航空技术具有现实意义。

垂直/短距起降飞机具有广泛的军事和民用前景。其动力系统喷射气流在悬停段受地面干扰形成复杂不稳定流场，在过渡段与来流、机体涡相互干扰产生非定常效应，造成动力学建模与控制的困难。为进行动力学建模，对典型飞行状态下（如悬停状态、过渡过程等）的气动特性进行了机理分析与实验测试，并基于分析结果建立了飞行器六自由度非线性动力学模型；针对飞行器所固有的严重非线性与强耦合特性，应用动态逆设计思想并结合推力矢量运动学建模探索了解耦理论与协调飞行控制设计方法；结合异类混合多操纵面的布局特点，应用特征模型思想、模糊控制方法与鲁棒控制理论研究了多操纵面多约束非线性系统的动态反馈控制及其鲁棒性问题；应用鲁棒逆动态估计和基于神经网络的自适应反步法等先进控制理论研究了短距起飞与飞行控制重构等问题；构建了垂直/短距起降飞行器验证机平台及动力学特性测试系统。研究成果为该类飞行器的总体设计和飞行控制系统研究提供了技术储备。