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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
可靠飞行控制是指具有预测、避免、容忍和排除故障/威胁功能，其目的在于改善复杂环境下飞行器的稳定性与操纵性，并保证飞行安全性和任务可靠性的飞行控制。随着在先进飞机上随控布局飞机设计技术和主动控制技术的普遍应用，导致飞行控制系统的安全性需求更加突出，所以，飞行控制系统不仅要在功率、重量及安装位置等约束条件下满足飞行品质要求等控制指标，同时还需要极高的安全性，使得可靠飞行控制成为该系统的重要属性。为体现可靠飞行控制的关键技术，本文提出一种在“多重飞机功能”的系统设计概念基础上，实现“部件数与功能数相协调”的设计思想，并根据这种指导思想提出了一种四旋翼复合直升机的新概念飞行器。该飞行器在纵列式双旋翼直升机的基础上，经过一定的变形，并与四旋翼飞行器与相结合，形成了一种新型的复合直升机。这种复合直升机依靠四旋翼提供的多重飞机功能，不仅能够改善普通直升机的控制性能，满足普通直升机的应用范围，而且，具有复合直升机的高速巡航优势，能克服普通直升机前飞速度的限制。在对以旋翼系统的运动学与动力学为主的直升机理论基础的总结和概括的基础上，本文针对直升机和四旋翼飞行器的运动与控制的特点展开讨论，最终得到该型复合直升机具有比倾转旋翼飞行器更具有性能潜力的结论。复合直升机要求既具有垂直起降的能力，同时还能高速前飞，本文详细描述了四旋翼复合直升机的这一功能，并根据完成这一功能的四个典型阶段，即直升机模式下的垂直机动阶段、低速前飞阶段、固定翼模式下的高速前飞阶段以及直升机和固定翼模式之间转换阶段，针对各个阶段下的飞行器受力和力矩，给出了运动学与动力学模型，针对前三种具有定常属性的运动阶段，进行了基于小扰动的线性化处理，并依据这些模型给出飞行控制系统的控制律具体设计方法。针对转换阶段的特殊性，建立非线性方程形式的数学模型；设计了两种完成转换的方式：高度、航向保持不变的转换方式和分解姿态转动的转换方式。为实现满意的姿态控制，本文还从飞行实践和理论探索两方面进行了研究工作。在飞行实践方面，为验证四旋翼具体的控制性能和姿态控制方面的控制律的有效性，设计制造了四旋翼飞行器，搭建实验环境，采用微机械电子（MEMS）惯性测量单元获得姿态信息的估计值；通过机器视觉，利用跟踪微分器获得飞行器的位置与速度的估计值，进而完成实验。结果表明，通过基于四元数的比例-微分控制和滑模控制相结合的控制律可以完成四旋翼飞行器的姿态控制和位置控制工作。在理论探索方面，采用扩张观测器方法，不仅能够获得干扰力矩的观测结果，同时还能够得到姿态变化率及速度的估计值，这样，不仅能够根据力和力矩的干扰估计结果对飞行器施加具有针对性的前馈补偿，抑制其对姿态和位置控制的影响，同时姿态变化率及速度的估计结果还能够与其他传感器构成“解析余度”，提高测量系统的冗余，更好的满足安全性需求。为得到多重飞机功能的系统设计概念对飞行器安全性的影响，针对四旋翼复合直升机开展功能危险性评估（FHA）与初步系统安全性评估（PSSA），结果表明，采用以使“部件数与功能数相协调”的目标，以四旋翼为姿态控制和前飞动力的四旋翼复合直升机不仅具有优异的飞行性能，同时还具有良好的安全性。 |
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发表于 2022-5-18 08:56:28
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