本發(fā)明屬于飛行控制技術(shù)，具體涉及一種推桿失速保護(hù)控制方法。
背景技術(shù)：
飛機(jī)失速是因?yàn)轱w機(jī)迎角超過臨界迎角，機(jī)翼升力面出現(xiàn)嚴(yán)重的氣流分離，導(dǎo)致飛機(jī)升力驟然下降，阻力急劇增大的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為飛機(jī)失去控制，自動進(jìn)入滾轉(zhuǎn)或飄擺狀態(tài)，高度急劇降低，進(jìn)而造成飛機(jī)失事。自飛機(jī)誕生以來，預(yù)防失速一直是飛機(jī)飛行安全的關(guān)鍵課題；從氣動上來說，好的失速特性的飛機(jī)，在接近失速時(shí)機(jī)身會有明顯的抖動提示，或者是失速后飛機(jī)升力和舵效不會很快的損失而導(dǎo)致很難改出失速。然而為了提高飛機(jī)巡航階段的飛行性能，大部分飛機(jī)氣動上設(shè)計(jì)的失速特性都很難滿足失速提示的要求。因此，一般飛機(jī)上都安裝了失速告警系統(tǒng)。
失速告警系統(tǒng)根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)信息，判斷飛機(jī)接近失速狀態(tài)時(shí)，能夠發(fā)出語音、燈光、駕駛桿盤抖動等警告信號。但是一般飛行員很少接受失速訓(xùn)練，容易忽略掉失速告警信息，在得到失速告警時(shí)很少能采取正確的操縱動作，不能使飛機(jī)及時(shí)脫離危險(xiǎn)的失速邊界。從而需要一套控制系統(tǒng)在飛機(jī)臨近失速時(shí)給駕駛桿一個(gè)自動的前推作用，使飛機(jī)自動低頭擺脫失速臨界狀態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：提出一種推桿失速保護(hù)控制方法，在飛機(jī)快要失速時(shí)使其自動低頭來提示飛行員飛機(jī)現(xiàn)在即將進(jìn)入危險(xiǎn)的失速狀態(tài)，從而使飛行員有充足的時(shí)間采取正確的操作來遠(yuǎn)離失速狀態(tài)。
技術(shù)方案：一種推桿失速保護(hù)控制方法，包括：
步驟1：對推桿控制律輸入信號包括：迎角、側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置、法向過載、駕駛桿位移信號進(jìn)行低通濾波處理得到相應(yīng)的濾波后信號，對側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置、法向過載、駕駛桿位移信號進(jìn)行失效判斷和安全值賦值；將迎角濾波后信號再通過一高通濾波器得到當(dāng)前迎角變化率。
步驟2：如果迎角信號正常，將側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置信息作為告警迎角插值表的輸入?yún)?shù)進(jìn)行三維插值計(jì)算告警迎角，再通過公式：推桿迎角＝告警迎角+固定增益*當(dāng)前迎角變化率+常數(shù)；計(jì)算得到推桿迎角；
步驟3：如果迎角信號失效，給推桿標(biāo)志為假，為防止回桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器斷開標(biāo)志為真；如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角小于告警迎角且推桿標(biāo)志為假，給迎角告警標(biāo)志為假；如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角大于告警迎角，給迎角告警標(biāo)志為真；又如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角大于推桿迎角，則給推桿標(biāo)志為真，并給推桿指令值為當(dāng)前桿位移加上一個(gè)正值，為防止推桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器接通標(biāo)志為真；如果推桿標(biāo)志為真且當(dāng)前迎角小于告警迎角或當(dāng)前法向過載小于一固定值，則給推桿標(biāo)志為假，并給推桿指令值為當(dāng)前桿位移減去上一個(gè)正值，為防止回桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器接通標(biāo)志為假；
步驟4：計(jì)算推桿失速保護(hù)的最終桿位移指令，所述最終桿位移指令初始化為零，實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)根據(jù)步驟3輸出的推桿指令來解算：如果步驟3輸出的推桿指令減當(dāng)前的桿位移指令大于預(yù)先設(shè)置的速度門限上限，則輸出的桿位移指令等于步驟3輸出的推桿指令加該速度門限上限，如果步驟3輸出的推桿指令減當(dāng)前的桿位移指令小于預(yù)先設(shè)置的速度門限下限，則輸出指令等于輸入指令加該速度門限下限，其他情況下，最終桿位移指令等于步驟3輸出的推桿指令；最后如果最終桿位移指令不超過預(yù)先設(shè)定上下限值，則輸出最終桿位移指令，如果超出上限值，則輸出上限值，如果超出下限值，則輸出下限值。
有益效果
在飛機(jī)臨近失速狀態(tài)，推桿失速保護(hù)控制律可以通過推桿電動舵機(jī)帶動駕駛柱在當(dāng)前位置的基礎(chǔ)上快速向前運(yùn)動，從而帶動升降舵下偏來給飛機(jī)施加一個(gè)低頭力矩增量，這樣就降低了飛機(jī)抬頭的趨勢，甚至使飛機(jī)低頭運(yùn)動來減小迎角。
該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不影響正常飛行階段的飛行品質(zhì)，并且給飛行員以明顯的指示。避免飛機(jī)輕易進(jìn)入失速狀態(tài)。
附圖說明
圖1為推桿失速保護(hù)控制律在推桿失速保護(hù)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)原理圖。
具體實(shí)施方式
按照飛行力學(xué)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14410.2-2008《飛行力學(xué)概念、量和符號第2部分：力、力矩及其系數(shù)和導(dǎo)數(shù)》，飛機(jī)抬頭為正，低頭為負(fù)；升降舵后緣下偏為正，上偏為負(fù)，由飛行力學(xué)原理可知，升降舵后緣下偏下偏對飛機(jī)質(zhì)心產(chǎn)生低頭力矩(即正舵偏產(chǎn)生負(fù)力矩，因此將產(chǎn)生負(fù)的俯仰角運(yùn)動)。
由于飛機(jī)失速速度和飛機(jī)重量相關(guān)，很難根據(jù)當(dāng)前的空速判斷飛機(jī)是否失速；但由于失速的根本原因是迎角超過了臨界迎角，使得升力系數(shù)或滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)折變化，因此對接近失速狀態(tài)的判據(jù)可由當(dāng)前迎角超過某一個(gè)具體的角度(后面稱為推桿角度)來確定。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，推桿角度一般小于臨界角度大于告警角度；根據(jù)風(fēng)洞吹風(fēng)數(shù)據(jù)，臨界角度隨飛行馬赫數(shù)的增大而減小，隨襟翼位置的變化而變化；告警角度的變化規(guī)律和臨界角度基本一致，這是因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)上，告警角度一般要小于臨界角度幾度(具體值隨著飛機(jī)類型不同而不同)。為避免飛機(jī)動態(tài)過程中進(jìn)入失速，該推桿角度隨迎角變化率的增大逐漸減小。
如圖1所示，在飛行中，推桿失速保護(hù)系統(tǒng)全時(shí)工作，推桿失速保護(hù)控制律實(shí)時(shí)進(jìn)行“信號處理(1)”，確認(rèn)迎角信號、側(cè)滑角信號、桿位移信號、馬赫數(shù)信號、襟翼位置信號等是否有效，以及對有效信號進(jìn)行濾波處理。
處理后信號再經(jīng)過“臨界角解算(2)”模塊實(shí)時(shí)解算出當(dāng)前的告警迎角和推桿迎角。
本發(fā)明的核心在于“推拉桿邏輯(3)”，它首先根據(jù)下面的條件生成失速告警標(biāo)志給座艙語音或抖桿信號進(jìn)行失速告警：如果當(dāng)前迎角大于告警角度，失速告警為真；如果當(dāng)前迎角小于告警角度一定角度，失速告警為假；其它條件下，失速告警標(biāo)志值不變。又如果當(dāng)前迎角繼續(xù)增大到大于推桿角度且失速告警為真，推桿標(biāo)志為真；如果失速告警為假，失推桿標(biāo)志為假；其它條件下，推桿標(biāo)志值不變。由于正常飛行時(shí)，迎角不會超過告警迎角，因此該“推拉桿邏輯(3)”不會影響飛機(jī)的常規(guī)操縱，不會對飛機(jī)飛行品質(zhì)帶來不利影響。
推桿標(biāo)志為真時(shí)，計(jì)算機(jī)推桿指令由當(dāng)前舵面指令快速變化到預(yù)先設(shè)置的舵面下偏指令值，這個(gè)快速變化的過程取決于“指令成型(4)”環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。
當(dāng)迎角減小到使得失速告警標(biāo)為假時(shí)，推桿計(jì)算機(jī)指令又由推桿位置的開環(huán)指令經(jīng)“指令成型(4)”環(huán)節(jié)逐漸恢復(fù)為平飛配平的桿位移指令。
以上所有支路指令最終均需通過“指令成型(4)”模塊，以避免最終的推桿控制指令超過推桿電機(jī)行程權(quán)限范圍，同時(shí)也限定了推和回桿的最大速度。
本發(fā)明提供一種推桿失速保護(hù)控制方法，包括：
步驟1：對推桿控制律輸入信號包括：迎角、側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置、法向過載、駕駛桿位移信號進(jìn)行低通濾波處理得到相應(yīng)的濾波后信號，對側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置、法向過載、駕駛桿位移信號進(jìn)行失效判斷和安全值賦值；將迎角濾波后信號再通過一高通濾波器得到當(dāng)前迎角變化率。
步驟2：如果迎角信號正常，將側(cè)滑角、馬赫數(shù)、襟翼位置信息作為告警迎角插值表的輸入?yún)?shù)進(jìn)行三維插值計(jì)算告警迎角，再通過公式：推桿迎角＝告警迎角+固定增益*當(dāng)前迎角變化率+常數(shù)；計(jì)算得到推桿迎角；
步驟3：如果迎角信號失效，給推桿標(biāo)志為假，為防止回桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器斷開標(biāo)志為真；如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角小于告警迎角且推桿標(biāo)志為假，給迎角告警標(biāo)志為假；如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角大于告警迎角，給迎角告警標(biāo)志為真；又如果迎角信號正常且當(dāng)前迎角大于推桿迎角，則給推桿標(biāo)志為真，并給推桿指令值為當(dāng)前桿位移加上一個(gè)正值，為防止推桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器接通標(biāo)志為真；如果推桿標(biāo)志為真且當(dāng)前迎角小于告警迎角或當(dāng)前法向過載小于一固定值，則給推桿標(biāo)志為假，并給推桿指令值為當(dāng)前桿位移減去上一個(gè)正值，為防止回桿過猛，延時(shí)后給推桿電機(jī)離合器接通標(biāo)志為假；
步驟4：計(jì)算推桿失速保護(hù)的最終桿位移指令，所述最終桿位移指令初始化為零，實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)根據(jù)步驟3輸出的推桿指令來解算：如果步驟3輸出的推桿指令減當(dāng)前的桿位移指令大于預(yù)先設(shè)置的速度門限上限，則輸出的桿位移指令等于步驟3輸出的推桿指令加該速度門限上限，如果步驟3輸出的推桿指令減當(dāng)前的桿位移指令小于預(yù)先設(shè)置的速度門限下限，則輸出指令等于輸入指令加該速度門限下限，其他情況下，最終桿位移指令等于步驟3輸出的推桿指令；最后如果最終桿位移指令不超過預(yù)先設(shè)定上下限值，則輸出最終桿位移指令，如果超出上限值，則輸出上限值，如果超出下限值，則輸出下限值。