如何在稳定性和敏捷性之间找到平衡,是飞控设计的核心难题。
林默沉思片刻。他盯着屏幕上的气动导数矩阵,突然问:
“你们设计飞控律时,用的气动模型是基于线性化小扰动理论吧?”
“对。”陈航宇点头,“在每个平衡点附近,将非线性气动力方程展开成泰勒级数,保留一阶项,得到线性时不变系统。然后基于这个线性模型设计控制律。”
“那问题可能就在这里。”林默走到白板前,拿起一支红色记号笔,“跨音速区的气动力有强烈的非线性特征。”
“激波产生,分离流,涡流破裂,这些现象都无法用线性模型准确描述,用线性模型设计控制律,在某些工作点附近可能会失稳。”
他在白板上画了一个二维坐标系,横轴是马赫数,纵轴是攻角:
“我的建议是:采用增益调度控制。”
陈航宇眼睛一亮:“增益调度?”
“对。”林默在白板上画出一个网格,“把整个飞行包线划分成几十个甚至几百个小区域,在每个区域内,基于当地的气动导数,设计一套最优控制参数。”
“可以是PID参数,也可以是状态反馈矩阵,飞控计算机实时解算飞机状态,根据查表或者插值算法,自动切换控制律。”
他画了一个流程图:“这样,在每个工作点上,控制器都是量身定制的,自然不会有稳定性问题。”
“而且由于控制参数是预先优化好的,也不会产生过大的相位滞后。”
陈航宇猛地站起来,椅子腿在地板上刮出刺耳的声音。
“增益调度……对!我怎么没想到!”他激动得声音都在颤抖,“把非线性问题分解成多个局部线性问题!”
“每个工作点都有专门优化的控制器!这样既能保证稳定性,又能保持操控品质!”
他转身对组员大喊:“所有人!暂停手头工作!重新划分飞行包线网格!小王,你去气动组要最新的全机气动数据库!”
“小李,准备优化算法工具箱!老张,咱们重新设计增益调度律!”
整个组瞬间动了起来。
敲击键盘的声音,翻动图纸的声音、讨论的声音交织在一起,那种凝重的气氛一扫而空,取而代之的是发现新方向后的亢奋。
林默看着这一幕,心里暗暗点头。
这就是科研,有时候卡住几个月的问题,只需要换一个思路,就可能豁然开朗。
他最后来到发动机组。
这里是十号工程最核心,也是最艰难的部分。
发动机组的办公区在楼层最里面,用实墙隔开,门口挂着“涉密区域,凭证出入”的牌子。
林默刷了三次证件,通过两道门禁,才走进这个核心区域。
空气里弥漫着机油和金属切削液的味道。
墙角堆着几个木箱,上面贴着俄文和英文的标签,显然是进口的设备和材料。工作台上,几台从瑞士进口的投影仪正在工作,将叶片的轮廓图放大二十倍投射到墙上,几个技术员拿着游标卡尺和放大镜,一寸一寸地检查。
专家张利正对着桌上的图纸发呆。
此刻,他眉头紧锁,嘴唇抿成一条直线,右手无意识地转动着一支红蓝铅笔。
桌上摊开的图纸是高压压气机的第九级叶片,图纸边缘已经磨损起毛,显然被反复翻看过无数次。
“张工,进展如何?”林默轻声问,怕打扰他的思考。
张利抬起头,看到是林默,露出一丝苦笑:“林所长,难啊,真难。”
他摘下眼镜,用衣角擦拭镜片,这是他的习惯动作,思考难题时总会这样。
“涡轮前温度要提到1600K,推重比要过8,还要保证首翻期寿命不低于1000小时……这些指标,每一个都是坎。”
张利的声音很疲惫,“M国人搞F100,花了十二年,烧了三十亿美元。苏联人搞AL-31F,也花了十年,咱们现在……”
他没有说完,但意思很清楚:时间太紧,底子太薄。
林默拉过一把椅子坐下:“具体卡在哪里?”
张利重新戴上眼镜,指着图纸:“高压压气机,九级,总压比12.5。”
“前三级采用宽弦空心叶片,钛合金材质,要减重百分之三十,后六级采用小展弦比实心叶片,镍基高温合金,要耐六百摄氏度的高温。”
他的手指在图纸上移动:“理论上没问题,我们做了十七轮气动计算,效率能达到百分之八十七,超过了设计要求。但试制出来后,问题就来了。”
他走到旁边的柜子,拿出一个木盒,打开。里面整齐排列着三排叶片样件,每排九片,共二十七片。”
“叶片表面泛着金属光泽,造型复杂,叶身有复杂的扭转变形,前后缘薄如刀刃。
“这是前三轮试制的叶片。”张利拿起一片,“第一轮,疲劳强度不够。在最大转速(每分钟转)下,叶片根部的最大离心应力达到780兆帕。”
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