面向突发性结构损伤的可恢复飞行控制研究

Airframe structural damage caused by battle injury or structural fatigue is crucial to the safety and survivability of modern aircrafts. Due to the nonlinear and unpredictable sudden changes of mass, center of gravity and aero dynamics, the stabilization and control of structural damaged aircraft is a great challenge to the modern aircraft control theory..This project focuses on the concepts, architecture and design methods of the integrated resilient flight control for structural damaged aircrafts. The dynamic variations of the specific objects, with structural asymmetries and sudden changes of mass, center of gravity and aero dynamics, will be explored and modeled firstly. Some key technologies, such as control ability evaluation and stability recovery method, online disturbance observation and compensation method as well as the multivariable model reference adaptive control technique, will be studied in depth to provide a set of feasible methods for the stabilization and control of the structural damaged aircraft in emergent situation..A wing structural damaged UAV test platform will be established to demonstrate the feasibility of above control methods, which is a breakthrough of transforming the theory into engineering applications. .The expected results will provide feasible theoretical support to the emergent flight control system design for the civil and military aircrafts. And the safety and survivability of modern aircrafts will be enhanced. Also the results will promote the development of resilient flight control theory.

战损、结构疲劳导致的机体结构损伤给飞行安全带来极大隐患，由于质量/质心/气动等本体特性不可预知的显著突变，现有飞行控制设计方法很难保证其在线稳定和控制。.本课题以结构受损飞机为对象，研究综合可恢复飞行控制技术的概念、体系和设计方法。探索此类质量/质心/气动特性非线性突变、结构不对称对象的建模及动力学特性变化规律，研究受损状态下的控制能力在线评估与恢复方法、在线干扰观测与补偿方法以及多变量自适应飞行控制方法等关键技术，以期为此类对象在应急状态下提供可行的稳定和控制手段。.在理论研究基础上，本课题还将进一步建立小型断翼UAV控制验证平台，验证所提出的技术方法，形成理论与工程设计的相互牵引与支持，使可恢复飞行控制的研究更具工程应用价值。.预期结果将为大型民用飞机、无人机的应急飞行控制系统设计提供基础理论支撑，以提升其安全性和生存性，同时也将有助于推动可恢复控制理论及应用技术的发展。

战损、结构疲劳导致的机体结构损伤给飞行安全带来极大隐患，由于质量/质心/气动等本体特性不可预知的显著突变，现有飞行控制设计方法很难保证其在线稳定和控制。.本课题以结构受损飞机为对象， 研究综合可恢复飞行控制技术的概念、体系和设计方法。形成的主要研究成果如下：.建立了用于描述突发性结构损伤的飞行器通用运动学方程，采用CFD和吹风数据建立了翼尖损伤的气动特性方程，给出了结构损伤对飞机特性影响的一般规律；.提出了一种基于“稳定性恢复”和“控制性能”恢复的综合可恢复飞行控制方案，利用稳定性恢复保证控制性能恢复，提高飞行安全性；.针对突变对象的特殊动态过程，创新性提出结构损伤系统“瞬态性能”的概念及评价指标；.提出了基于LPV的直接/间接多变量模型参考自适应方法，并给出其稳定性证明，该方法通过引入先验信息构建LPV模型，大幅度降低了多入多出自适应控制算法的自适应参数和计算量，降低了增益矩阵选择的难度，提高了算法的效率；.提出了E-MRAC稳定性恢复方法，利用ESO作为外环提供稳定性保证，降低自适应参数对“慢变”“有界”的假设条件依赖性，提升了系统的瞬态性能；.搭建了结构损伤飞机验证环境，对所提出的方法进行了综合验证与比较，证明了所提出的综合可恢复飞行控制方案和方法的有效性；.研制了适用于结构损伤验证的断翼无人机平台，包括外形、气动、结构、加工工艺设计，控制系统选型、设计和集成。.上述研究结果可为大型民用飞机、无人机的应急飞行控制系统设计提供基础理论支撑，以提升其安全性和生存性，同时也将有助于推动可恢复控制理论及应用技术的发展。