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他调出气动导数矩阵:“你看,在这个飞行状态下,俯仰力矩对滚转速率的偏导数68Cm/68p从正常的负值变成了正值,这意味着滚转运动会产生抬头力矩。”
“同时,滚转力矩对攻角的偏导数68Cl/68α也异常增大,两个通道互相激励,就形成了这种五赫兹的振荡。”
林默看着那些曲线。
五赫兹的振荡,对飞行员来说,就像手里握着的驾驶杆在轻微但持续地振动。
短时间内可能不影响操作,但长时间飞行会增加疲劳,更危险的是,在某些极端情况下,这种振荡可能诱发飞行员诱发振荡,
飞行员无意识地进行反向操作,反而加剧振荡,导致失控。
“试过增加滤波器吗?”林默问。
“试了,低通滤波、陷波滤波都试过。”陈航宇调出滤波后的曲线,“能抑制振荡,但会带来相位滞后。”
“你看,加了二阶巴特沃斯低通滤波器后,振荡幅度减小了百分之七十,但俯仰通道的响应滞后了120毫秒,滚转通道滞后了95毫秒。”
他转头看向林默,眼睛里布满血丝:“林所,飞行品质规范要求,对于战斗机构型,俯仰通道的等效时延不能超过100毫秒,否则飞行员就会感觉飞机‘反应慢’,在空战中是要吃亏的。”
这是一个经典的两难问题:要抑制振荡,就要加滤波;滤波带来滞后,影响操控品质。
如何在稳定性和敏捷性之间找到平衡,是飞控设计的核心难题。
林默沉思片刻。他盯着屏幕上的气动导数矩阵,突然问:
“你们设计飞控律时,用的气动模型是基于线性化小扰动理论吧?”
“对。”陈航宇点头,“在每个平衡点附近,将非线性气动力方程展开成泰勒级数,保留一阶项,得到线性时不变系统。然后基于这个线性模型设计控制律。”
“那问题可能就在这里。”林默走到白板前,拿起一支红色记号笔,“跨音速区的气动力有强烈的非线性特征。”
“激波产生,分离流,涡流破裂,这些现象都无法用线性模型准确描述,用线性模型设计控制律,在某些工作点附近可能会失稳。”
他在白板上画了一个二维坐标系,横轴是马赫数,纵轴是攻角:
“我的建议是:采用增益调度控制。”
陈航宇眼睛一亮:“增益调度?”
“对。”林默在白板上画出一个网格,“把整个飞行包线划分成几十个甚至几百个小区域,在每个区域内,基于当地的气动导数,设计一套最优控制参数。”
“可以是PID参数,也可以是状态反馈矩阵,飞控计算机实时解算飞机状态,根据查表或者插值算法,自动切换控制律。”
他画了一个流程图:“这样,在每个工作点上,控制器都是量身定制的,自然不会有稳定性问题。”
“而且由于控制参数是预先优化好的,也不会产生过大的相位滞后。”
陈航宇猛地站起来,椅子腿在地板上刮出刺耳的声音。
“增益调度……对!我怎么没想到!”他激动得声音都在颤抖,“把非线性问题分解成多个局部线性问题!”
“每个工作点都有专门优化的控制器!这样既能保证稳定性,又能保持操控品质!”
他转身对组员大喊:“所有人!暂停手头工作!重新划分飞行包线网格!小王,你去气动组要最新的全机气动数据库!”
“小李,准备优化算法工具箱!老张,咱们重新设计增益调度律!”
整个组瞬间动了起来。
敲击键盘的声音,翻动图纸的声音、讨论的声音交织在一起,那种凝重的气氛一扫而空,取而代之的是发现新方向后的亢奋。
林默看着这一幕,心里暗暗点头。
这就是科研,有时候卡住几个月的问题,只需要换一个思路,就可能豁然开朗。
他最后来到发动机组。
这里是十号工程最核心,也是最艰难的部分。
发动机组的办公区在楼层最里面,用实墙隔开,门口挂着“涉密区域,凭证出入”的牌子。
林默刷了三次证件,通过两道门禁,才走进这个核心区域。
空气里弥漫着机油和金属切削液的味道。
墙角堆着几个木箱,上面贴着俄文和英文的标签,显然是进口的设备和材料。工作台上,几台从瑞士进口的投影仪正在工作,将叶片的轮廓图放大二十倍投射到墙上,几个技术员拿着游标卡尺和放大镜,一寸一寸地检查。
专家张利正对着桌上的图纸发呆。
此刻,他眉头紧锁,嘴唇抿成一条直线,右手无意识地转动着一支红蓝铅笔。
桌上摊开的图纸是高压压气机的第九级叶片,图纸边缘已经磨损起毛,显然被反复翻看过无数次。
“张工,进