Nhận dạng hệ số khí động kênh độ cao máy bay dựa trên mô hình tuyến tính

Một nhiệm vụ thiết kế chế tạo các thiết bị bay được chia làm nhiều giai đoạn, trong đó một giai đoạn không thể bỏ qua là giai đoạn thiết kế sơ bộ, bao gồm việc thiết kế sơ đồ khí động và động lực bay làm cơ sở ban đầu cho việc thiết kế chi tiết phần cấu trúc khí động và thiết kế các hệ thống riêng rẽ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhận dạng hệ số khí động kênh độ cao máy bay dựa trên mô hình tuyến tính Tên lửa & Thiết bị bay NHẬN DẠNG HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG KÊNH ĐỘ CAO MÁY BAY DỰA TRÊN MÔ HÌNH TUYẾN TÍNH Nguyễn Đức Thành1*, Trương Đăng Khoa2*, Hoàng Minh Đắc1 Tóm tắt: Một nhiệm vụ thiết kế chế tạo các thiết bị bay được chia làm nhiều giai đoạn, trong đó một giai đoạn không thể bỏ qua là giai đoạn thiết kế sơ bộ, bao gồm việc thiết kế sơ đồ khí động và động lực bay làm cơ sở ban đầu cho việc thiết kế chi tiết phần cấu trúc khí động và thiết kế các hệ thống riêng rẽ [1], [2], [6]. Trong tính toán thiết kế sơ bộ bề mặt khí động, yêu cầu phải tính được các hệ số khí động trong các giai đoạn và các chế độ bay khác nhau của các thiết bị bay. Nhằm hoàn thiện mô hình thiết bị bay trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, việc sử dụng các mô hình nhận dạng các hệ số khí động thiết bị bay theo các dữ liệu thực tế là rất cần thiết nhằm đánh giá, kiểm chứng các tính toán lý thuyết trong giai đoạn thiết kế trước khi thực hiện các giai đoạn thiết kế tiếp theo. Từ khóa: Thiết bị bay; Nhận dạng; Hệ thống phi tuyến; Mô hình. 1. MỞ ĐẦU Khi thiết kế một loại (lớp) thiết bị bay (TBB), bao giờ cũng phải đặt ra một bộ chỉ tiêu chiến kỹ thuật (dải cự ly, dải độ cao bay, tốc độ bay hành trình, …), từ đó tính toán các tham số hình học, phân tích và lựa chọn sơ đồ khí động, tính toán thiết kế thiết bị động lực, thiết bị điều khiển và ổn định... tương ứng. Khi thiết kế sơ bộ, với các chỉ tiêu đặt ra, một trong các tham số quan trọng cần phải được xác định là các hệ số khí động (hệ số lực và mômen) theo tất cả các bậc chuyển động tự do của TBB. Việc xác định chính xác các hệ số khí động này là hết sức phức tạp do sự phụ thuộc mang tính phi tuyến vào một loạt các yếu tố: tham số hình học, sơ đồ khí động, các tham số về điều kiện bay, tính chất cơ động...Các kết quả tính toán lý thuyết các hệ số này chỉ có thể là gần đúng và sẽ được chính xác hóa qua các thử nghiệm ống thổi khí động hoặc trên các TBB thử nghiệm. Tuy nhiên, với tính toán thiết kế sơ bộ, khi xác định các tham số này có thể chấp nhận một số giả định hợp lý sau: sự phụ thuộc các hệ số khí động tuyến tính theo tác động điều khiển và biến đầu ra TBB, mô hình chuyển động của TBB được chuyển sang mô hình hai mặt phẳng điều khiển độc lập và một mặt phẳng ổn định [1], [2], [6]. Với mô hình tuyến tính xét riêng trong mặt phẳng điều khiển kênh độ cao thì trong chuyển động tịnh tiến, hệ số khí động bao gồm hệ số lực nâng theo góc tấn công, hệ số lực nâng theo góc quay cánh lái độ cao, hệ số lực nâng khi hai góc này bằng không; trong chuyển động quay, hệ số khí động bao gồm hệ số mômen ổn định, cản và điều khiển, ngoài ra còn có các hệ số lực cản của chuyển động theo hướng dọc trục TBB [2], [6]. Bài báo này thực hiện việc nhận dạng một số các hệ số khí động này dựa trên mô hình tuyến tính sự phụ thuộc vào các tín hiệu điều khiển, tham số động học đầu ra TBB và các tham số đo được về điều kiện bay cũng như tham số tính năng kỹ thuật của một loại TBB cụ thể. 2. MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG Chuyển động của máy bay theo kênh độ cao được thể hiện qua hình 1. Trong hình 1: α, β- là góc tấn công và góc trượt; V- tốc độ máy bay; X, Y, Z- tương ứng các thành phần lực khí động trong hệ tọa độ liên kết; Mx, My, Mz- tương 188 N. Đ. Thành, T. Đ. Khoa, H. M. Đắc, “Nhận dạng hệ số khí động ... mô hình tuyến tính.” Nghiên cứu khoa học công nghệ ứng các thành phần mô men khí động hệ tọa độ liên kết; Vx, Vy, Vz- tương ứng các thành phần tốc độ máy bay trong hệ tọa độ liên kết; góc ωx,ωy, ωz- các thành phần véc tơ tốc độ trong hệ tọa độ liên kết tương ứng. 2.1. Mô hình động học máy bay Chuyển động của máy bay được mô tả bởi hệ phương trình sáu bậc tự do của vật rắn [1], [2], [6]. Xem xét mô hình động học chuyển động của máy Hình 1. Hệ tọa độ liên kết của máy bay bay thông qua hệ phương trình vi phân và các ký hiệu. phi tuyến: (tài liệu [9])   1  a x  ay     ω x sinβ  cosα  , dα    ωz    ω y sinβ  sinα    dt cosβ  V   V            a   sinβ  ω x  sinα  , dβ a a   z cosβ   x sinβ  ω y  cosα   y       dt V  V   V       dV    a x cosαcosβ  a y sinαcosβ  a z sinβ,  dt    Jy  Jz   dω x  ω yωz  q Sl mx,   dt J J   x x ...