基于动态缩比模型的操纵面效能测试方法研究

For an untraditional configuration, multi-control surface configuration is always adopted, but the control process is high nonlinearity and nonlinear aerodynamic coupling.In order to release the risk in flight test, at the initial design stage, not only the control surface effectiveness is needed to make sure, but also the dynamic model is to buildand the dynamic performance should be estimated. However, there are still no effective test techniques to introduce.With the theories and methods in multidisciplinary study such as aerodynamic dynamic experiment, flight test and design of control system, combing theflight test,statistical analysis simulation of subscale modeling, this program will develop the research including the integrated design of dynamic flight test of subscale modeling system and experimental method, high precision systemand parameter identification, and relative analysis with wind tunnel. Therefore, to solve the input optimization of multi-control surface linkage, high quality data from the coupling dynamic system and condition different laws between flight test and wind tunnel is the pivotal problem.The control surface effectiveness modified test method is built based on the dynamic flight test of subscale modeling.This new methods developed in this research project will not only prompt the standard of aircraft research, but also provide new techniques to the Experimental Fluid Dynamics and Flight Test technology with significance for science and engineering.

未来非常规飞机采用多操纵面布局，其操纵响应过程具有高非线性和强耦合性特点。为减少研制风险，需要在初步设计阶段确定多操纵面效能，建立飞机的动力学模型，进一步预测其动态特性，但是目前尚缺乏有效的试验测试方法。本项目运用实验空气动力学、飞行试验、控制系统设计等多学科交叉的理论和方法，通过飞行试验、数据统计分析、仿真验证等手段，开展动态缩比模型系统与试验方法的综合设计、高精度飞行参数辨识、动态缩比模型飞行试验与风洞试验相关性等方面的研究，力图解决多操纵面联动的操纵输入优化、多耦合动态系统辨识的高质量数据获取、飞行试验与风洞试验的条件差异性规律等关键科学问题。在此基础上，建立基于动态缩比模型飞行试验的操纵面效能测试修正方法。这种新测试方法的形成，对于提高航空器装备研制水平，丰富实验流体力学和飞行试验研究手段，具有科学意义和工程应用价值。

项目组按照研究计划实现了研究目标。深入研究了基于动态缩比模型的操纵面效能测试方法，解决了动态缩比模型飞行试验系统设计、试验综合设计、高精度的动态系统辨识等技术中的基本问题，取得了一套实际有效的操纵面效能测试修正系统。主要贡献有：.1. 研究了动态缩比模型系统与试验方法的综合设计。解决了在模型设计参数及飞行参数约束条件下，满足实验空气动力学相似性准则及控制系统的时间相似性等要求的模型机布局优化及试验系统总体设计问题；综合分析了非常规布局飞机各自由度运动之间的耦合机理，以及操纵面偏转时对模型机输出相应的影响，研究了多轴操纵激励输入与最小振幅输入、带宽频谱、多输入正交性等多舵面操纵输入的试验设计方法。.2. 研究了高精度飞行参数辨识方法。以动态缩比模型系统为对象，综合研究了系统辨识理论、高质量原始数据获取方法及参数辨识方法。该方法包括：用于数据与处理的高效非线性滤波/平滑算法；动态缩比模型系统多传感器的特性及数学建模; 获取欧拉角速率的实时融合估计算法。.3. 研究了缩比模型飞行试验与风洞试验的相关性。针对面向气动建模的飞行试验和风洞试验数据处理问题，研究了系统动态试验与静态试验条件的差异、关联性及各自的影响因素。对比纵向和横向力矩操纵导数试验数据及辨识结果，分析了试验测量误差和数据随机性，研究了基于统计学原理的两种试验结果相关性。.本项目的研究对舵面效能参数的确定、飞行动态模型的建立以及全尺寸飞机动态特性的预测具有重要的科学指导意义。在该基金资助下发表论文18篇，其中SCI国际期刊9篇（含SCI二区以上3篇），EI期刊3篇，国际会议6篇, 专利4项， 软件著作权10项。