Prediction of the dynamic characteristics and control of aircraft in prescribed trajectory flight

• Autorzy: Blajer W. , Graffstein J. , Krawczyk M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A unified and general approach to modeling and simulation of aircraft prescribed trajectory flight is presented in the paper. The program of motion is composed of a specified trajectory in space (two constrains on the aircraft position), a required fuselage attitude with respect to the trajectory, and optionally, elevator and rudder deflections and thrust changes, a tangent realization of the trajectory constrains arises, which yields two additional constraints on the fuselage attitude (which thus becomes fully specified). The govering equations of the programmed motion are developed in the form of differential-algebraic equations, and a method of solving the equations is proposed. The solution consist of variations of the aircraft state variables and the required control that ensures realization of the prescribed motion program. This gives a unique opportunity to study simulated control strategies and evaluate feasibility of modeled aircraft mission. Some results of numerical simulations are reported.

PL

Predykcja własności dynamicznych i sterowania samolotem w ruchu programowym po założonej trajektorii. W pracy przedstawione jest uogólnione i zmodyfikowane podejście do modelowania i symulacji programowego ruch samolotu. Program ruchu budowany jest za pomocą założonej trajktorii przestrzennej (dwa warunki więzów nakładane na położenie samolotu), narzuconych zmian konfiguracji płatowca względem tej trajektorii oraz, opcjonalnie, zmian prędkości lotu. W przypadku samolotu sterowanego klasycznie za pomocą wychyleń powierzchni sterowych (lotek oraz sterów wysokości i kierunku) oraz zmiany siły ciągu, realizacja więzów trajektorii lotu jest styczna, co implikuje dwa dodkowe warunki na zmiany konfiguracji płatowca względem trajektorii. W ten sposób zmiany konfiguracji kątowej płatowca stają się w pełni określone (zaprogramowane). Równania ruchu programowego generowane są w postaci równań różniczkowo-algebraicznych. Proponowana jest metoda numerycznego rozwiązania tych równań. Jako rozwiązania są zmiany w czasie zmiennych stanu ruchu samolotu oraz przebiegi sterowania samolotem wymagane dla ścisłej realizacji więzów programowych. Otwiera to nowe możliwości analizy symulowanych manewrówsamolotu oraz oceny ich realizowalności. Przytaczne są wybrane wyniki symulacji numerycznej.

Słowa kluczowe

EN

inverse dynamics; inverse simulation control; prescribed trajectory flight

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 39 nr 1
• Strony: 79--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Blajer W.

• Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Radom

autor

Graffstein J.

• Institute of Aviation, Warsaw

autor

Krawczyk M.

• Institute of Aviation, Warsaw

Bibliografia

• 1. AZAM M., SINGH S.N., 1994, Invertibility and Trajectory Control for Nonlinear Maneuvers of Aircraft, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 17, 1, 192-200.
• 2. BLAJER W., 1990, Aircraft Program Motion Along a Predetermined Trajectory. Part II - Numerical Simulation with Application of Spline Functions to Trajectory Definitions, The Aeronautical Journal, 94, 932, 53-58.
• 3. BLAJER W., 1991, Numerical Simulation of Program Realization of Airplane Aerobatic Manoeuvres, (in Polish), Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 29, 2, 413-426.
• 4. BLAJER W., 1997, Dynamics and Control of Mechanical Systems in Partly Specified Motion, Journal of the Franklin Institute, 334B, 3, 407-426.
• 5. BLAJER W., PARCZEWSKI J., 1990, Aircraft Program Motion Along a Predetermined Trajectory. Part I - Mathematical Modelling, The Aeronautical Journal, 94, 931, 17-23.
• 6. BRENAN K.E., CAMPBELL S.L., PETZOLD L.R., 1989, Numerical Solution of Initial- Value Problems in Differential-Algebraic Equations, Elsevier, New York.
• 7. ETKIN B., 1972, Dynamics of Atmospheric Flight, Wiley, New York.
• 8. GEAR C.W., PETZOLD L.R., 1984, ODE Methods for the Solution of Differen-tial/Algebraic Systems, SIAM Journal on Numerical Analysis, 21, 4, 716-728.
• 9. HESS R.A., GAO C., WANG S.H., 1991, Generalized Technique for Inverse Simulation Applied to Aircraft Maneuvers, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 14, 5, 920-926.
• 10. KATO O., 1990, Attitude Projection Method for Analysing Large-Amplitude Airplane Maneuvers, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 13,1, 22-29.
• 11. KATO O., SUGIURA I., 1986, An interpretation of Airplane General Motion and Control as Inverse Problem, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 9, 2, 198-204.
• 12. LANE S.H., STENGEL R.F., 1988, Flight Control Design Using Non-Linear Inverse Dynamics, Automatica, 24, 4, 471-483.
• 13. PARCZEWSKI J., BLAJER W., 1989, On Realization of Program Constraints: Part I - Theory, Journal of Applied Mechanics, 56, 3, 676-679.
• 14. PETZOLD L.R., 1990, Methods and Software for Differential-Algebraic Systems, in: Haug E.J. and Deyo R.C. (edit.),Real-Time Integration Methods for Mechanical System Simulations, NATO ASI Series, Vol. F69, Springer, Berlin, 127-140.
• 15. THOMSON D.G., BRADLEY R., 1990, Development and Verification of an Algorithm for Helicopter Inverse Simulations, Vertica, 14, 2, 185-200.
• 16. WANG L.X., Hu Z.F., 1993, Nonlinear Decoupling Control Study for Aircraft Maneuvering Flight, Chinese Journal of Aeronautics, 6, 3, 170-177.