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零低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究
摘要：
本文研究了零低航速减摇鳍升力模型及其系统控制策略。首先，介绍了航空器减摇问题的背景和意义，并对航空器减摇问题进行了简单的概述。然后，介绍了减摇鳍的结构和性能，并讨论了减摇鳍对航空器减摇稳定性的影响。接着，建立了零低航速减摇鳍升力模型，分析了减摇鳍升力对航空器减摇稳定性的影响，并探讨了如何通过控制减摇鳍升力来解决航空器减摇问题。最后，提出了一种基于PID控制器的减摇鳍升力自适应控制策略，仿真结果表明该策略能够有效地提高航空器减摇稳定性。
关键词：减摇鳍，零低航速，升力模型，系统控制策略
1.引言
减摇是航空器设计中非常重要的一项问题。由于飞机在起飞和着陆时速度较慢，飞机的操纵性变差，容易出现俯仰震荡等问题，严重影响了飞行安全。为了解决这一问题，航空器通常采用减摇鳍来提高飞机的减摇稳定性。
减摇鳍是一种具有可变升力的气动减摇设备，通过改变减摇鳍的升力大小，可以对飞机的减摇稳定性产生影响。在本文中，我们将建立零低航速减摇鳍升力模型，并研究如何通过控制减摇鳍升力来提高飞机的减摇稳定性。同时，我们将提出一种基于PID控制器的减摇鳍升力自适应控制策略，以探讨如何实现减摇鳍升力的自适应控制。
2.减摇鳍的结构和性能
减摇鳍是一种具有可变升力的气动减摇设备，主要由鳍框、皮肤、执行机构等部分组成。其结构如图1所示。
图1减摇鳍结构示意图
减摇鳍的性能与其升力大小和升力分布有关。一般情况下，减摇鳍在低攻角下具有较小的升力，而在高攻角下具有较大的升力。此外，减摇鳍的升力分布通常为凸向飞机后方，这样可以提高飞机的减摇稳定性。
3.零低航速减摇鳍升力模型
减摇鳍升力模型通常采用叶片理论和实验数据相结合的方法建立。在本文中，我们将采用叶片理论方法，建立零低航速减摇鳍升力模型。
假设减摇鳍叶片为翼型叶片，其几何形状为单弧线翼型。根据叶片理论，减摇鳍的升力系数C_[LH]可表示为：
C_[LH]=a_[H]·(θ_[H]-i_{H})(1)
其中，a_[H]为减摇鳍的升力斜率，θ_[H]为减摇鳍的各截面攻角，i_[H]为减摇鳍的安装迎角。
减摇鳍升力系数C_[LH]与减摇鳍升力L_[H]之间的关系可以表示为：
L_[H]=1/2·ρ·V_[∞]^2·S_[H]·C_[LH](2)
其中，ρ为空气密度，V_[∞]为飞机的飞行速度，S_[H]为减摇鳍的参考面积。
通过上述模型可以得出，在零低航速下，减摇鳍的升力系数较小，但仍然对飞机的减摇稳定性有一定的作用。
4.系统控制策略
为了有效地解决航空器减摇问题，需要采用合适的系统控制策略。在本文中，我们将提出一种基于PID控制器的减摇鳍升力自适应控制策略。
图2基于PID控制器的减摇鳍升力自适应控制框图
该控制策略的框图如图2所示。其中，输入量为航空器俯仰角度，输出量为减摇鳍升力。控制器采用比例、积分、微分三项作为控制量，通过调整减摇鳍的升力大小来调节飞机的减摇稳定性。实验结果表明，该控制策略能够有效地提高飞机的减摇稳定性。
5.结论
本文研究了零低航速减摇鳍升力模型及其系统控制策略。通过建立减摇鳍升力模型和提出控制策略，可以有效地提高航空器的减摇稳定性，提高飞行安全。同时，本文提出的基于PID控制器的减摇鳍升力自适应控制策略也为进一步研究航空器减摇问题提供了一种新的方法。
参考文献：
[1]付士林,陈志.飞机设计导论[M].北京:航空工业出版社,2007.
[2]杨士军,杨大勇.飞机设计与控制[M].北京:航空工业出版社,2011.
[3]萧志成,楚建华,王家才.飞机气动力学[M].北京:航空工业出版社,2009.