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先进歼击机发动机推力矢量建模与超机动飞行控制

作　者: 胡田文
导　师: 吴庆宪
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 超机动 发动机建模 推力矢量喷管 指数趋近律单向辅助面滑模控制方法 赫布斯特机动
分类号: V271.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着歼击机敏捷性、机动性提升和各种先进干扰设备的应用，歼击机的突防能力越来越强，近距格斗成为未来一种重要的战斗形式。而在近距离格斗中，是否具备过失速机动能力将直接决定战斗的成败。为此本文围绕过失速机动展开研究，分析过失速机动的特点，指出歼击机完成过失速机动需要具备两个条件：推力矢量发动机和飞行控制系统。因此本文以建立推力矢量发动机模型和设计非线性控制器为切入点，深入的展开了相应的研究工作。首先，分析了发动机的工作原理，根据发动机的非线性模型计算程序建立了多输入多输出的“小偏离”线性发动机模型；并采用“折流板”方案建立推力矢量喷管模型；详细分析了过失速机动中攻角对发动机的影响，并根据不同攻角建立了一系列发动机模型。随后，对一种新型单向辅助面滑模控制方法进行了讨论，并指出此方法虽然可以有效抑制抖振，但趋近速度较慢，为此本文提出一种新的改进型算法：指数趋近律单向辅助面滑模控制方法，经过仿真验证指数趋近律单向辅助面滑模控制方法不仅可以有效抑制抖振，还可以提高收敛速度。在仔细分析了飞机的十二状态非线性方程后，本文分别采用传统滑模控制方法和指数趋近律单向辅助面滑模控制方法分别设计了非线性控制器，并对仿真结果进行分析，再次验证了指数趋近律单向辅助面滑模控制方法的先进性。最后本文以OpenGL为引擎对赫布斯特机动作了三维动画仿真，从而更直观展现出在近距离格斗中具备过失速机动能力的歼击机作战方法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-23
  1.1 本文的研究背景、目标和意义  13-16
    1.1.1 背景  13-15
    1.1.2 研究的目标和意义  15-16
  1.2 发动机建模与矢量喷管实现形式的研究现状  16-20
    1.2.1 发动机建模方法的研究现状  16-18
    1.2.2 矢量喷管实现形式的研究现状  18-20
  1.3 非线性系统控制方法的研究现状  20-21
  1.4 本文的主要研究工作  21
  1.5 本文内容安排  21-23
第二章 推力矢量发动机建模  23-42
  2.1 发动机参数选择  23-25
  2.2 根据发动机的非线性模型建立线性模型  25-33
    2.2.1 双轴发动机的动态方程  25-26
    2.2.2 双转子发动机的数学描述  26-28
    2.2.3 偏导数的求取  28-30
    2.2.4 建立发动机线性模型  30-33
  2.3 设计发动机模型的控制器  33-35
    2.3.1 多变量系统的极点配置  33-34
    2.3.2 多变量系统的极点配置的发动机模型  34-35
  2.4 建立推力矢量喷管模型  35-36
  2.5 建立攻角Α、侧滑角Β影响下的发动机模型  36-41
  2.6 小结  41-42
第三章 指数趋近律单向辅助面滑模控制  42-51
  3.1 引言  42
  3.2 问题的提出  42-43
  3.3 设计基于指数趋近律的单向辅助面滑模控制器  43-45
  3.4 基于指数趋近律的单向辅助面滑模控制器在有限时间内收敛到滑模面  45-46
  3.5 仿真  46-50
  3.6 小结  50-51
第四章 先进歼击机飞行运动建模及飞行运动控制律的设计  51-77
  4.1 引言  51
  4.2 先进歼击机建模  51-56
    4.2.1 先进歼击机六自由度十二状态方程  51-53
    4.2.2 飞机的结构参数及动力学表达式  53-55
    4.2.3 舵面作动器建模  55-56
  4.3 基于指数趋近律单向辅助面滑模飞机控制律的设计  56-68
    4.3.1 控制方法  56-57
    4.3.2 设计快回路控制律  57-61
    4.3.3 设计慢回路控制律  61-66
    4.3.4 设计较慢回路控制律  66-68
  4.4 仿真结果  68-76
  4.5 小结  76-77
第五章 超机动三维动画仿真研究  77-86
  5.1 概述  77-80
    5.1.1 DirectX 简介  77-78
    5.1.2 OpenGL 简介  78-79
    5.1.3 小结  79-80
  5.2 OPENGL 仿真  80-85
    5.2.1 OpenGL 基本操作  80-82
    5.2.2 OpenGL 图形的实现  82
    5.2.3 编程约定  82-83
    5.2.4 三维地形的模拟  83-84
    5.2.5 赫布斯特超机动仿真图  84-85
  5.3 小结  85-86
第六章 总结与展望  86-88
  6.1 本文的主要工作及贡献  86
  6.2 本文的不足和展望  86-88
参考文献  88-92
致谢  92-93
在学期间发表的学术论文  93

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 各类型航空器 > 飞机 > 军用飞机（战机） > 歼击机(战斗机)
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