飞行控制仿真实验报告

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2016年6月8日

1. ....................................................................................................................................................... 实验内容. 0

1.1 俯仰操纵 0

1.1.1 实验要求 0

1.1.2 俯仰控制原理 0

1.2 滚转操纵 0

1.2.1 实验要求 0

1.2.2 滚转操纵原理 0

1.3 航向操纵 (1)

1.3.1 实验要求 (1)

1.3.2 航向操纵原理 (1)

1.4 速度控制 (1)

1.4.1 实验要求 (1)

1.4.2 速度控制原理 (1)

1.5 复合控制 (2)

1.5.1 实验要求 (2)

2. ....................................................................................................................................................... 实验过程. (2)

3. ....................................................................................................................................................... 仿真.. (2)

3.1 俯仰通道 (2)

3.2 滚转通道 (5)

3.3 偏航通道 (7)

3.4 速度通道 (9)

4. 实验结论 (12)

5. 思考题 (12)

5.1 分析飞机的长周期运动和短周期运动 (12)

5.2 分析飞机的静稳定性和动态稳定性原理 (13)

1.实验内容

1.1 俯仰操纵

1.1.1实验要求

控制俯仰角保持在10 度，并记录飞机的状态数据，绘制俯仰角变化曲线、滚转角变化曲线、速度变化曲线、航向变化曲线以及飞机运动轨迹，完成试验后分析仿真结果。同时，并分析俯仰角能够稳定的原因。

1.1.2俯仰控制原理

俯仰角是由升降舵控制的，升降舵偏角的变化会产生对应的俯仰力矩，俯仰力矩会产生相应的机体角速度。正是因为机体角速度的存在，才会使得俯仰角发生变化，对于常规飞行器而言，一定的操作杆行程会稳定在一个确定的姿态角。于是要想使得俯仰角能够稳定的住，那么最终要使得机体角速度为0 才行，这就需要引入反馈的概念，由飞机的动力学方程可以看出，姿态角作为反馈信号，反馈给了机体角速度，这样就形成一个耦合回路，保证了俯仰角控制的稳定。

1.2 滚转操纵

1.2.1实验要求

控制滚转角保持在30 度，并记录飞机的状态数据，绘制俯仰角变化曲线、滚转角变化曲线、速度变化曲线、航向变化曲线以及飞机运动轨迹，完成试验后分析仿真结果。同时，并分析滚转角能够稳定的原因。

1.2.2滚转操纵原理

滚转角的控制由副翼实现，同时方向舵偏角也会引起一定的滚转角，但是方向舵引起的滚转是较小的。滚转通道和偏航通道是相互耦合的。左右副翼不同极性的偏转会产生不同极性的滚转转矩，于是会产生不同极性的机体角速度。正是由于机体角速度的存在，产生了对应的滚转角速度，最终引起了一定的滚转角

如俯仰角一样，对于常规飞机而言，一定的副翼偏转角会使得滚转角稳定在一个

确定的值。同样，要想使得滚转角可以稳定的住，也需要将滚转角和滚转角速度

反馈回机体角速度，通过形成一个闭环控制才能使得飞机的滚转角稳定住。

1.3 航向操纵

1.3.1实验要求

控制航向角保持在100 度，并记录飞机的状态数据，绘制俯仰角变化曲线、滚转角变化曲线、速度变化曲线、航向变化曲线以及飞机运动轨迹，完成试验后分析仿真结果。

1.3.2航向操纵原理

航向控制主要是通过副翼舵偏角实现的，左右副翼上下偏转产生不同极性的滚转力矩，最终产生对应的滚转角。因为滚转角的存在，使得飞机的升力部分转换为向心力，于是产生了对应的偏航力矩。滚转控制和偏航通道会产生一定的耦

合，且通过产生一定滚转角去控制航向效率较方向舵更高。同样，改变方向舵偏

角也会产生偏航力矩，也可改变飞机的航向，只是这种控制效率较副翼而言效率

低的多。

1.4 速度控制

1.4.1实验要求

控制速度保持在700m/s,并记录飞机的状态数据，绘制俯仰角变化曲线、滚转角变化曲线、速度变化曲线、航向变化曲线以及飞机运动轨迹，完成试验后分析仿真结果。

1.4.2速度控制原理

通过控制飞机的升降舵, 改变飞机俯仰角的大小来控制速度的物理实质是控制飞机升降舵后, 飞机的俯仰角发生了变化, 因此重力在速度方向的分量也会随

之变化，所以实现了速度的改变

1.5复合控制

1.5.1实验要求

控制飞机起飞后，先爬升高度到5000米，然后保持滚转角为20度。在航向控制在120度后，使得高度下降到3000米后保持直线平飞。

2.实验过程

本实验是利用RTX61及MATLAB软件完成的。

仿真开始前，首先初始化定位系统，在RXT61下完成初始化编程，根据实验要求在初始程序下对俯仰、滚转、航向、速度改动来获取飞行状态数据；开始仿真，自动生成飞行状态数据并储存在对应文件中，待数据稳定后结束仿真。

3仿真

3.1俯仰通道

(1)俯仰角变化曲线

(2)滚转角变化曲线

(3)航向角变化曲线

(4)速度变化曲线

飞行速度

采样吋间

(5)飞行运动轨

迹

飞行运动軌迹