飞机的直接升力控制在航空工业中已经存在了几十年,但主要用于具有专用直接升力控制面的商用飞机。本论文的重点是研究直接升力控制是否适用于没有专用控制面的战斗机,例如萨博 JAS 39 Gripen。建模系统是一种本质上不稳定的飞机,其空气动力学和有限的控制面偏转和偏转率都包含非线性。飞机的动力学围绕代表着陆场景的飞行情况线性化。然后应用直接升力控制,以提供从飞行员操纵杆输入到飞行路径角变化的更直接关系,同时还保持俯仰姿态。选择了两种不同的控制策略,即线性二次控制和模型预测控制。由于战斗机是具有快速动态的系统,因此限制计算时间非常重要。这种限制促使使用专门的方法来加速模型预测控制器的优化。在萨博提供的非线性模拟环境中进行的模拟结果以及在高保真飞行模拟装置上与飞行员进行的测试证明,直接升力控制对于所研究的战斗机是可行的。在控制飞行路径角时观察到足够的控制权限和性能。两种开发的控制器都有各自的优势,哪种策略最合适取决于用户的优先级。着陆期间飞行员的工作量以及接地时的精度被认为与传统控制类似。
飞机的直接升力控制在航空工业中已经存在了几十年,但主要用于具有专用直接升力控制面的商用飞机。本论文的重点是研究直接升力控制是否适用于没有专用控制面的战斗机,例如萨博 JAS 39 鹰狮战斗机。建模系统是一种本质上不稳定的飞机,其空气动力学和有限的控制面偏转和偏转率都包含非线性。飞机的动力学围绕代表着陆场景的飞行情况线性化。然后应用直接升力控制,以提供从飞行员操纵杆输入到飞行路径角变化的更直接关系,同时还保持俯仰姿态。选择了两种不同的控制策略,线性二次控制和模型预测控制,用于实施。由于战斗机是具有快速动态的系统,因此限制计算时间非常重要。这一限制促使人们使用专门的方法来加速模型预测控制器的优化。萨博提供的非线性模拟环境中的模拟结果以及在高保真飞行模拟装置上进行的飞行员测试证明,直接升力控制对于所研究的战斗机是可行的。在控制飞行路径角时观察到足够的控制权限和性能。两种开发的控制器都有各自的优势,哪种策略最合适取决于用户的优先考虑。飞行员在着陆期间的工作量以及接地时的精度被认为与传统控制相似。
本文介绍了一种寻找配平飞行条件的方法,同时最大化一个或多个运动轴的可用控制权限。最大俯仰或升力控制权限可以在中止着陆情况下找到有趣的应用,而所有运动轴的最大平衡控制权限则是经典最小控制力概念的重新表述。配平问题以约束优化问题的形式提出。约束和目标函数是通过利用可达到力矩集的几何特性获得的,可达到力矩集是一个凸多面体,包含飞机控制效应器可达到的力和力矩。该方法应用于一种名为 PrandtlPlane 的创新型箱翼飞机配置,其双翼系统可以容纳大量控制面,因此可以实现纯扭矩和直接升力控制。在对称和非对称飞行中,比较了配平条件下的控制面偏转,其中俯仰轴、升力轴具有最大控制权限,平衡控制权限最大。结果表明,该方法能够利用攻角或油门设定来获得控制面偏转,从而最大化指定方向上的控制权。
在兰利 14 英尺乘 22 英尺亚音速风洞中测试了一个 1/8 比例的翼内风扇概念模型。这一概念是格鲁曼航空航天公司(现为诺斯罗普格鲁曼公司)考虑为美国陆军开发的设计(定为 755 型)。悬停测试在隧道附近的模型准备区进行。随着风扇推力的变化,距压力仪表地平面的高度、俯仰角和滚转角都会发生变化。在风洞中,随着风扇推力的变化,攻角和侧滑角、距风洞地板的高度和风速都会发生变化。在模型准备区和风洞中,针对几种配置测量了模型上的空气载荷和表面压力。主要的配置变化是改变安装在风扇出口以产生推进力的叶片角度。在悬停测试中,随着模型离地面高度的降低,推力消除法向力在风扇转速恒定的情况下发生了显著变化。最大的变化通常是高度与风扇出口直径之比小于 2.5。通过使用叶片将风扇出口气流偏向外侧,可以显著减少这种变化。在风洞中,对许多叶片角度配置进行了滚转、偏航和升力控制测试。还评估了襟翼偏转和尾翼入射角等其他配置特征。尽管 V 型尾翼增加了静态纵向 s