用于最小化飞行器的动态结构载荷的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种用于动态地减轻由阵风的扰动在飞行器(30)上生成的载荷的方法，该方法包括以下步骤：自动地检测对飞行器(30)的飞行的归因于阵风的扰动；当检测到归因于阵风的扰动时，自动地生成控制命令以用于操纵面；以及施加控制命令以促动操纵面。为了提供优化的减轻，该方法还包括：以规定的动态方式动态地促动操纵面，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少第二载荷峰值。此外，提出了用于进行这样的方法的设备(10)和装置(40)。

Method and apparatus for minimizing dynamic structural loads of an aircraft

The present invention provides a method for dynamically reducing disturbance by wind gusts in the aircraft (30) on the generation method of load, the method comprises the following steps: automatic detection of aircraft flight (30) attributed the disturbance in the wind; when detected due to the gust disturbance, automatically generate control commands in order to control surface; and applying the control commands to the actuator and control surface. In order to provide optimum mitigation, the method includes dynamically actuating the control surface in a prescribed dynamic manner in order to minimize not only the first load peak but also at least the second load peak. In addition, apparatus (10) and apparatus (40) for carrying out such a method are presented.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于最小化飞行器的动态结构载荷的方法和设备
本专利技术涉及最小化由外部激励向飞行器引入的飞行器的动态结构载荷。
技术介绍
动态结构载荷由归因于例如风、阵风、湍流或类似影响的外部激励并且由归因于飞行员/飞行控制系统命令的激励引入到飞行器的结构。由于飞行器结构的柔韧性质，这样的激励可导致可能超出给定量值的振荡或振动，使得它们可能损害飞行器结构，尤其是具有在柔韧飞行器结构的固有振荡或特征振荡的范围内的频率的飞行器结构。如果希望在高的机翼和机身的展弦比下减小飞行器结构的重量，则有必要采取措施以应对过大的动态结构载荷。大气阵风尤其在翼根以及对乘客安全至关重要的竖直加速中激励动态翼载荷。除了机动载荷之外，这些载荷针对飞行器结构而设计大小。如果可以减小所述载荷，那么更轻的机翼设计就是可能的，这提高燃料效率并因此降低直接运营成本。另一个优点是由于竖直加速的减轻而增加乘客安全性。文献DE19841632C2公开了一种用于补偿由外部激励引入的飞行器结构振荡的方法，包括用传感器装置检测飞行器的至少一个机身角速率、将所述至少一个机身角速率(bodyrate)提供给飞行控制器、以及产生飞行器的操纵面的动作以最小化所激励的振荡。对于上升气流阵风而言，第一载荷峰值可通过在上翼表面上的扰流器(spoiler)的快速偏转来消除，参见空中客车专利US20080265104A。该方法受以下控制：控制权限(反应时间、促动器功率)、快速扰流器偏转引入到机翼结构的载荷、以及机翼弯曲加速度的第二峰值不得通过扰流器偏转增加的约束。EP1814006A1提出了用于阵风载荷减轻的副翼(aileron)对称促动，其使用高通滤波的迎角探头(alphaprobe)信号作为阵风参考、以及自适应前馈控制器。该方法解决了以上提及的问题，但甚至更加受到副翼控制权限的限制。用于减小归因于阵风的振动的另外的设备和方法在DE102008014236A1和EP1854717A1中公开。在EP1854717A1中，公开了如何可以生成用于减轻扰动的控制命令。DE102008014236A1描述了用于自适应控制的设备和方法。US20080265104中公开的方法被认为是最接近的现有技术。在其中，建议仅仅在一些规定的时间内偏转扰流器(和相应地其它操纵面)，以便补偿阵风载荷，然后将它们再次关闭。这样的扰流器偏转激励第一机翼弯曲模式(除了其它柔性模式之外)。该偏转(和因此载荷减轻)因此受到第二载荷峰值的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于减轻飞行器上归因于阵风的动态结构载荷的优化方法和优化设备。该目的由在独立权利要求中限定的方法、设备、装置和/或系统来实现。本专利技术的有利实施例形成从属权利要求的主题。根据本专利技术的一个方面，操纵面不仅被偏转，而且以规定的动态方式被促动，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少一个后续峰值。优选地，第一和所有后续的载荷峰值被操纵面的规定的动态促动最小化。优选地，该动态促动可由迎角探头或由竖直加速度测量、由LIDAR或由它们的任何组合触发。相比在US20080265104中公开的现有技术，本专利技术和/或其优选实施例提供了以下优点：扰流器和/或其它操纵面不仅在某一规定时间之后被偏转和回缩，而且以规定的动态方式打开和关闭。因此，扰流器的控制权限被充分地利用。根据一个优选实施例，而且对于下降气流阵风而言，延迟的扰流器偏转减轻了机翼弯曲的第一正峰值。本专利技术一实施例的优点在于，对于上升气流以及对于下降气流阵风而言，峰值载荷(即由强阵风引起的第一峰值和后续峰值)可通过可用的控制权限和/或促动器带宽来最佳地减轻。根据一个方面，本专利技术提供了一种动态地减轻由阵风的扰动在飞行器上生成的载荷的方法，该方法包括以下步骤：自动地检测对飞行器的飞行的归因于阵风的扰动；当检测到归因于阵风的扰动时，自动地生成控制命令以用于操纵面；以及施加控制命令以促动操纵面；其中该方法还包括：以规定的动态方式动态地促动操纵面，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少第二载荷峰值。在一优选实施例中，该方法还包括：使用已在此前的控制命令序列确定步骤中预先确定的预定控制命令序列来生成控制命令。进一步优选的是，控制命令序列确定步骤包括：在凸合成中确定最佳控制命令序列。优选地，控制命令序列确定步骤包括：根据基函数Hi确定响应于操纵面的促动的飞行器的载荷响应，将控制命令序列建模为以下形式的基函数的线性组合：其中θi表示变量向量θ的第i个元素，模拟由控制命令序列H减轻的典型阵风形状，以及通过优化计算来确定变量向量θ，使得对典型阵风形状的载荷响应被最小化。根据一有利实施例，基函数为脉冲函数，并且载荷响应为响应于脉冲的载荷响应。优选的是，优化在离散时间系列内进行，其中Hi表示针对一系列离散时间t1…ti…tn的离散时间ti的基函数。根据一优选实施例，该方法还包括：将在控制命令序列确定步骤中确定的控制命令序列存储在存储装置中，其中生成控制命令的步骤包括读出存储装置以生成预定控制命令序列。优选地，控制命令为下列一组控制命令中的至少一个元素：用于促动升降舵(elevator)操纵面的升降舵控制命令、用于偏转布置在飞行器的机翼的上表面和/或下表面上的扰流器操纵面的扰流器控制命令、以及用于促动副翼操纵面的副翼控制命令。根据又一方面，本专利技术提供了一种用于动态地减轻由阵风的扰动在飞行器上生成的载荷的设备，包括：监测单元，其用于自动地检测归因于阵风的扰动；控制命令生成单元，其用于在检测到归因于阵风的所述扰动时自动地生成用于促动操纵面的控制命令；其中控制命令生成单元被构造成以规定的动态方式动态地促动操纵面，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少第二载荷峰值。优选的是，控制命令生成单元包括包含预定控制命令序列的存储装置。根据又一方面，本专利技术提供了一种用于确定将在如前所述的设备中用作控制命令的控制命令序列的控制命令序列确定装置，所述装置包括：载荷响应确定单元，其被构造成根据基函数Hi确定响应于操纵面的促动的飞行器的载荷响应，建模单元，其被构造成将控制命令序列建模为以下形式的基函数的线性组合：其中θi表示变量向量θ的第i个元素，阵风模拟单元，其被构造成模拟由控制命令序列H减轻的典型阵风形状，以及变量向量确定单元，其被构造成通过优化计算而确定变量向量θ，使得对典型阵风形状的载荷响应被最小化。优选的是，载荷响应确定单元被构造成使用脉冲函数作为基函数，并且被构造成确定响应于脉冲的载荷响应。进一步优选的是，该装置被构造成在离散时间系列内计算优化，其中Hi表示针对一系列离散时间t1…ti…tn的离散时间ti的基函数。根据本专利技术的一个实施例，使用从US2008/0265104A1和/或EP1814006A1已知的方法来确定扰动的强度。优选的是，使用风迎角来确定扰动的强度。根据一优选实施例，本专利技术提供了一种触发的L无穷最佳阵风载荷减轻。附图说明现在将参照附图描述本专利技术的实施例。图1示出形成根据本专利技术的设备的实施例的阵风载荷减轻设备的实施例；图2示出用于在图1的设备中用作控制命令的升降舵命令和扰流器命令的预定控制命令序列的示例；图3示出在没有阵风载荷减轻情况下和有阵风载荷减轻情况下响应于阵风而随时间推移的增量翼根弯矩的坐标图；图4示出表示用于限定了输入信号和输出信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态地减轻由阵风的扰动在飞行器(30)上生成的载荷的方法，所述方法包括以下步骤：自动地检测对所述飞行器(30)的飞行的由于阵风的扰动；当检测到归因于阵风的扰动时，自动地生成控制命令以用于操纵面；以及施加所述控制命令以促动所述操纵面；其特征在于，动态地促动所述操纵面，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少第二载荷峰值，使用已在此前的控制命令序列确定步骤中预先确定的预定控制命令序列(24, 26)来生成控制命令，所述控制命令序列确定步骤包括：根据基函数

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.28 EP 11175857.91.一种动态地减轻由阵风的扰动在飞行器(30)上生成的载荷的方法，所述方法包括以下步骤：自动地检测对所述飞行器(30)的飞行的由于阵风的扰动；当检测到归因于阵风的扰动时，自动地生成控制命令以用于操纵面；以及施加所述控制命令以促动所述操纵面；其特征在于，动态地促动所述操纵面，以便最小化不仅第一载荷峰值而且至少第二载荷峰值，使用已在此前的控制命令序列确定步骤中预先确定的预定控制命令序列(24,26)来生成控制命令，所述控制命令序列确定步骤包括：根据基函数Hi确定响应于所述操纵面的促动的所述飞行器(30)的载荷响应，将所述控制命令序列建模为以下形式的基函数的线性组合：其中θi表示变量向量θ的第i个元素，模拟由所述控制命令序列H减轻的典型阵风形状，以及通过优化计算来确定所述变量向量θ，使得对所述典型阵风形状的载荷响应被最小化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制命令序列确定步骤包括：在凸合成中确定最佳控制命令序列(24,26)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基函数为脉冲函数，并且所述载荷响应为响应于脉冲的载荷响应。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述优化在离散时间系列内进行，其中Hi表示针对一系列离散时间t1…ti…tn的离散时间ti的所述基函数。5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，将在所述控制命令序列确定步骤中确定的所述控制命令序列(24,26)存储在存储装置(23)中，其中生成所述控制命令的所述步骤包括读出所述存储装置以生成所述预定控制命令序列(24,26)。6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制命令选自下列一组控制命令：用于促动升降舵操纵面的升降舵控制命令、用...

【专利技术属性】
技术研发人员：A维尔德舍克，T哈尼斯，
申请(专利权)人：伊德斯德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE