Availability: Untersuchung zur Steuerung und robusten Regelung der Seitenbewegung von Hyperschall-Flugzeugen

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Bibliographic Details
Main Author:	Heller, Matthias (Author)
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Published:	München Utz, Wiss. 1999
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adam_text	LEHRSTUHL FUER FLUGMECHANIK UND FLUGREGELUNG TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN UNTERSUCHUNG ZUR STEUERUNG UND ROBUSTEN REGELUNG DER SEITENBEWEGUNG VON HYPERSCHALL-FLUGZEUGEN MATTHIAS HELLER VOLLSTAENDIGER ABDRUCK DER VON DER FAKULTAET FUER MASCHINENWESEN DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET MUENCHEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTOR-INGENIEURS GENEHMIGTEN DISSERTATION. VORSITZENDER: UNIV.-PROF. DR.-ING. D. SCHMITT PRUEFER DER DISSERTATION: 1. UNIV.-PROF. DR.-ING. G. SACHS 2. UNIV.-PROF. DR.-ING. W. STAUDACHER (UNIVERSITAET DER BUNDESWEHR MUENCHEN) DIE DISSERTATION WURDE AM 30.06.1999 BEI DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET MUENCHEN EINGEREICHT * UND DURCH DIE FAKULTAET FUER MASCHINENWESEN AM 07.10.1999 ANGENOMMEN. INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS NOMENKLATUR IV 1 EINFUEHRUNG IN DIE PROBLEMATIK 1 1.1 HYPERSCHALLTECHNOLOGIE - EIN SCHLUESSEL ZU NEUEM ENTWICKLUNGSPOTENTIAL IN DER LUFT- UND RAUMFAHRT 1 1.2 STABILITAETS- UND REGELUNGSPROBLEME IM HYPERSCHALLFLUG 2 1.3 LITERATURBETRACHTUNG 4 1.4 ZIELSETZUNG UND UEBERSICHT 10 2 MODELLIERUNG 12 2.1 EINFUEHRUNG 12 2.2 NICHTLINEARE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 13 2.2.1 KOORDINATENSYSTEME 13 2.2.2 AEUSSERE KRAEFTE UND MOMENTE AM HYPERSCHALL-FLUGGERAET 15 2.2.3 IMPULSSATZ UND TRANSLATIONSBEWEGUNG 16 2.2.4 DRALLSATZ UND ROTATIONSBEWEGUNG 17 2.2.5 NICHTLINEARES BEWEGUNGS-DIFFERENTIALGLEICHUNGS-SYSTEM IN ZUSTANDSFORM 19 2.3 FLUGMECHANISCHE MODELLIERUNG 22 2.3.1 KONFIGURATION 22 2.3.2 REFERENZTRAJEKTORIE 24 2.3.3 AERODYNAMISCHES MODELL 25 2.3.3.1 AERODYNAMISCHE BEIWERTE DER LAENGSBEWEGUNG 26 2.3.3.2 AERODYNAMISCHE BEIWERTE DER SEITENBEWEGUNG 32 2.3.3.3 BESTIMMUNG DER QUERRUDERDERIVATIVA 37 2.3.4 STAUSTRAHLANTRIEB 38 2.3.5 SCHWERPUNKTLAGE 42 2.3.6 FLUGMECHANISCHE BESCHRAENKUNGEN 44 2.4 GEOPHYSIKALISCHE MODELLIERUNG 47 2.4.1 ERDFORM UND GRAVITATION 47 2.4.2 ATMOSPHAERE 47 2.4.2.1 ZUSTANDSGROESSEN DER ATMOSPHAERE 47 II INHALTSVERZEICHNIS 2.4.2.2 WIND UND TURBULENZ 48 2.5 ZUSAMMENFASSUNG 50 3 LINEARISIERTE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 51 3.1 EINFUEHRUNG 51 3.2 BESTIMMUNG VON QUASI-STATIONAEREN REFERENZFLUGZUSTAENDEN 52 3.3 LINEARISIERUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 53 3.4 LINEARISIERTE BESCHREIBUNG DES WINDEINFLUSSES 55 3.5 LINEARISIERTE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN IN ZUSTANDSFORM 57 3.6 ZUSAMMENFASSUNG 61 4 INHAERENTE STABILITAETS- UND STEUERUNGSEIGENSCHAFTEN DER SEITENBEWEGUNG IM HYPER- SCHALLFLUG 63 4.1 EINFUEHRUNG 63 4.2 FLUGEIGENSCHAFTSFORDERUNGEN FUER DIE SEITENBEWEGUNG 64 4.3 DYNAMISCHE STABILITAET UND EIGENVERHALTEN DER SEITENBEWEGUNG 67 4.3.1 ALLGEMEINE LOESUNG DER ZUSTANDSGIEICHUNGEN 67 4.3.2 EIGENBEWEGUNGSFORMEN UND DYNAMISCHE STABILITAET 69 4.3.3 PHYGOIDE DER SEITENBEWEGUNG 75 4.3.4 NAEHERUNGEN UND ANALYSE FUER DIE SEITENBEWEGUNG IM HYPERSCHALL 78 4.4 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN IN DER SEITENBEWEGUNG 84 4.4.1 BESTIMMUNG DER UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN 85 4.4.2 REAKTION AUF QUERRUDEREINGABEN 85 4.4.3 REAKTION AUF SEITENRUDEREINGABEN 87 4.4.4 REAKTION AUF SEITENWINDSTOERUNGEN * 88 4.4 ZUSAMMENFASSUNG 90 5 ROBUSTES STEUERUNGS- UND REGELUNGSKONZEPT 92 5.1 EINFUEHRUNG 92 5.2 STELLDYNAMIK LIND REGLERSTRUKTUR 94 5.3 REGLERSYNTHESE MIT ROBUSTER EIGENSTRUKTURVORGABE (MULTI-MODELL-ANSATZ) ... 98 5.3.1 PROBLEMSTELLUNG 98 5.3.2 EIGENSTRUKTURVORGABE 99 5.3.3 . MULTI-MODELL-ANSATZ (ROBUSTE EIGENSTRUKTURVORGABE) 102 5.3.4 ROBUSTER BASISREGLER FUER DIE SEITENBEWEGUNG 104 5.4 AUSLEGUNG DES FUEHRUNGSREGLERS 109 5.4.1 VORSTEUERUNG 109 5.4.2 VORGABEREGLER UND KOMMANDOFILTER 110 5.4.3 INTEGRIERENDE RUECKFUEHRUNGEN 112 5.5 ROBUSTHEITSANALYSE DES LINEARISIERTEN ZEITINVARIANTEN SYSTEMS 114 INHALTSVERZEICHNIS III 5.5.1 PROBLEMSTELLUNG UND GRUNDLAGEN 114 5.5.2 NICHOLS-DIAGRAMME(5/SO-ROBUSTHEIT) 116 5.5.3 SINGULAERWERT-ROBUSTHEITS-ANALYSE(A//MO-ROBUSTHEIT) 118 5.5.4 STRUKTURIERTE UNSICHERHEIT UND FJ -ANALYSE 122 5.5.5 ROBUSTHEIT GEGENUEBER DER SCHWERPUNKTLAGE 129 5.6 LINEARE SIMULATION DES STOERVERHALTENS (GESCHLOSSENER KREIS) 129 5.7 RUDERSTELLBEDARF KHDER SEITENBEWEGUNG 132 5.7.1 QUER- UND SEITENRUDERSTELLBEDARF 132 5.7.2 SUPERPOSITION VON LAENGS- UND SEITENBEWEGUNG (DIFFERENTIAL-HOEHEN- LEITWERK-STELLBEDARF) 134 5.8 ZUSAMMENFASSUNG , 136 6 NICHTLINEARE NUMERISCHE SIMULATION DES GEREGELTEN SYSTEMS 138 6.1 EINFUEHRUNG . 138 6.2 SIMULATION DER NICHTLINEAREN DYNAMIK (GEREGELTES FLUGGERAET) 140 6.3 KOMBINIERTER EINFLUSS VON STELLBEGRENZUNGEN, VERZOEGERUNGEN UND STOERUNGEN 144 6.4 ZUSAMMENFASSUNG 149 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 151 7.1 ZUSAMMENFASSUNG 151 7.2 AUSBLICK 154 LITERATURVERZEICHNIS 155 ANHAENGE 168 A STABILITAETSDERIVATIVA UND TRANSFORMATIONSMATRIZEN 168 B KENNFELDER DES STAUSTRAHLANTRIEBS 171
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