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摘 要：详细介绍了如何建立推力矢量的飞艇数学模型，分析了飞艇常见的舵面故障形式，重点研究了推力矢量对飞艇舵面故障的补偿和重构。具体分析仿真结果，推力矢量可以在舵面故障情况下对飞艇进行有效的控制，从而提高了飞艇的安全性和可靠性。
关键词：飞艇；推力矢量；数学模型；舵面故障
引言
随着现代科技的飞速发展，目前在很多领域都应用了计算机和信息处理技术。飞艇的飞行控制系统中计算机占主导地位，基于信息技术的推力矢量控制技术是用于飞艇飞行控制的一种推力控制手段。当飞艇的舵面发生故障而不能正常飞行时，可以借助推力矢量控制技术来辅助完成舵面控制操作，从而确保飞艇飞行的可靠性和安全性。计算机控制技术可以在舵面发生故障后及时做出相应，采取相应的措施保证飞艇能够照常飞行，并进行相应调整，应用补救方案。飞艇具有能耗小、载荷大等优点，飞艇的应用范围越来越广，所以对飞艇有很大的研究价值。飞艇存在一个比较突出的不足之处就是在低速飞行时，会产生舵面气动力不足的现象，从而降低控制效果，产生舵面故障。因此，必须在飞艇舵面故障是采取相应的补偿措施，弥补其低速飞行时舵效不足的缺点，可以通过增加飞艇的控制余度的方法来解决该问题。近年来，在现代战斗机的控制系统中广泛应用了推力矢量技术，推力矢量技术有效的提高了战斗机的控制能力，增加战斗机的生存能力。推力矢量技术已经逐步发展成熟，可以将其应用到飞艇中，当飞艇低速飞行出现舵面发生故障情况，可以借助推力矢量技术来完成飞艇的飞行控制工作。
1、建立模型
本文研究所使用的是装有两台涵道式螺旋桨发动机的飞艇。飞艇的下部是对称的，为了使模型更加简化，把两台发动机设定为同时转动的，用T来代表发动机的推力大小。图1是推力矢量原理图。
两台发动机的偏转是同时进行的，因此只需对单台发动机求和就可以得到两台发动的推力和力矩。
飞艇模型建立通过飞艇以20米/秒的速度在三千米高度下水平飞行，然后经过配平线性后得到的模型。飞艇模型中有速度、俯仰角、高度、速度等参数，可以为仿真实验提供足够的参数，确保仿真更加准确可靠。
2、飞艇舵面故障分析及推力矢量的应用
飞艇的舵面很容易发生故障，并且发生的故障有很多种，将这些故障按原理划分主要有两类：卡死故障和操作面损坏。在飞艇飞行过程中，各种外部故障可能会造成舵面的操纵面断裂或者松弛，从而产生舵面损坏故障。舵面损坏故障会使操纵力矩减小，影响舵面操作效率，飞艇的低速飞行造成的舵面气动力不足现象属于舵面损坏故障。当机械或者电气等部件发生故障时会造成舵面卡死在一个地方不能进行有效偏转，这种现象称之为舵面卡死故障。在舵面偏转角度较大的地方很容易发生卡死现象，所以常量信号对飞艇的操作是非常不利的，有时候会由于舵面卡死而不能即使操作，造成严重后果，威胁人身安全。当发生故障时，必须要及时采取补救措施，避免事故发生，所以飞艇中装有完善的故障监测系统，一旦飞艇发生卡死或者舵面损坏等现象，监测系统就会及时发出警报，并监测故障类型和故障位置，根据具体故障类型采取相应的补救方案，解决故障问题。故障监测和诊断都是依赖于计算机信息技术的，目前飞艇都有故障检测和诊断系统，而且飞艇能够准确可靠的检查出故障的类型和位置。
当故障监测系统监测出飞艇发生故障后，首先要采取措施保证飞艇的控制效果，获得飞艇的控制效果的关键是要有控制量的可重构性和控制余度。可以采用推力矢量控制方法来确保飞艇的控制要求，在舵效不足或者舵面损坏时可以应用推力矢量进行补偿，而且在飞艇的控制系统发生特殊故障时，可以完全借助推力矢量来完成独立控制操作。以下主要介绍对于舵面损坏故障和卡死故障应用推力矢量进行伪逆补偿和重构设计。当飞艇出现舵面损坏故障时，只是会改变飞艇的输入和输出关系，采用伪逆法的目的就是可以根据发生故障之前的输入输出关系，对舵面的偏转指令进行重新分配，从而使控制效果保持不变。当舵面出现卡死现象时，就会使所有操纵失效，并且还会有其他的干扰力矩产生，使飞艇的舵面控制更加困难。所以通常在发生卡死现象时要紧急降落避免发生更大事故，通过仿真能够通过把推力矢量作为余度控制，从而恢复飞艇的飞行能力。
结语
本文重点简述了矢量模型和飞艇模型的建立方法，并且重点分析了飞艇舵面故障的种类和产生故障的原因，并且详细介绍了推力矢量在飞艇发生舵面故障情况下的应用，对于飞艇的故障研究和故障排除有重要意义。■
参考文献
[1] 吴森堂，费玉华. 飞行控制系统. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[2] 张平. 自修复飞行控制系统的故障监测和控制重构. 北京：北京航空航天大学，2001.
[3] 夏小野，王新民，赵凯瑞. 伪逆法在飞控系统修复中的应用. 火力与指挥控制，2010；35（9）；109-113.
关键词：飞艇；推力矢量；数学模型；舵面故障
引言
随着现代科技的飞速发展，目前在很多领域都应用了计算机和信息处理技术。飞艇的飞行控制系统中计算机占主导地位，基于信息技术的推力矢量控制技术是用于飞艇飞行控制的一种推力控制手段。当飞艇的舵面发生故障而不能正常飞行时，可以借助推力矢量控制技术来辅助完成舵面控制操作，从而确保飞艇飞行的可靠性和安全性。计算机控制技术可以在舵面发生故障后及时做出相应，采取相应的措施保证飞艇能够照常飞行，并进行相应调整，应用补救方案。飞艇具有能耗小、载荷大等优点，飞艇的应用范围越来越广，所以对飞艇有很大的研究价值。飞艇存在一个比较突出的不足之处就是在低速飞行时，会产生舵面气动力不足的现象，从而降低控制效果，产生舵面故障。因此，必须在飞艇舵面故障是采取相应的补偿措施，弥补其低速飞行时舵效不足的缺点，可以通过增加飞艇的控制余度的方法来解决该问题。近年来，在现代战斗机的控制系统中广泛应用了推力矢量技术，推力矢量技术有效的提高了战斗机的控制能力，增加战斗机的生存能力。推力矢量技术已经逐步发展成熟，可以将其应用到飞艇中，当飞艇低速飞行出现舵面发生故障情况，可以借助推力矢量技术来完成飞艇的飞行控制工作。
1、建立模型
本文研究所使用的是装有两台涵道式螺旋桨发动机的飞艇。飞艇的下部是对称的，为了使模型更加简化，把两台发动机设定为同时转动的，用T来代表发动机的推力大小。图1是推力矢量原理图。
两台发动机的偏转是同时进行的，因此只需对单台发动机求和就可以得到两台发动的推力和力矩。
飞艇模型建立通过飞艇以20米/秒的速度在三千米高度下水平飞行，然后经过配平线性后得到的模型。飞艇模型中有速度、俯仰角、高度、速度等参数，可以为仿真实验提供足够的参数，确保仿真更加准确可靠。
2、飞艇舵面故障分析及推力矢量的应用
飞艇的舵面很容易发生故障，并且发生的故障有很多种，将这些故障按原理划分主要有两类：卡死故障和操作面损坏。在飞艇飞行过程中，各种外部故障可能会造成舵面的操纵面断裂或者松弛，从而产生舵面损坏故障。舵面损坏故障会使操纵力矩减小，影响舵面操作效率，飞艇的低速飞行造成的舵面气动力不足现象属于舵面损坏故障。当机械或者电气等部件发生故障时会造成舵面卡死在一个地方不能进行有效偏转，这种现象称之为舵面卡死故障。在舵面偏转角度较大的地方很容易发生卡死现象，所以常量信号对飞艇的操作是非常不利的，有时候会由于舵面卡死而不能即使操作，造成严重后果，威胁人身安全。当发生故障时，必须要及时采取补救措施，避免事故发生，所以飞艇中装有完善的故障监测系统，一旦飞艇发生卡死或者舵面损坏等现象，监测系统就会及时发出警报，并监测故障类型和故障位置，根据具体故障类型采取相应的补救方案，解决故障问题。故障监测和诊断都是依赖于计算机信息技术的，目前飞艇都有故障检测和诊断系统，而且飞艇能够准确可靠的检查出故障的类型和位置。
当故障监测系统监测出飞艇发生故障后，首先要采取措施保证飞艇的控制效果，获得飞艇的控制效果的关键是要有控制量的可重构性和控制余度。可以采用推力矢量控制方法来确保飞艇的控制要求，在舵效不足或者舵面损坏时可以应用推力矢量进行补偿，而且在飞艇的控制系统发生特殊故障时，可以完全借助推力矢量来完成独立控制操作。以下主要介绍对于舵面损坏故障和卡死故障应用推力矢量进行伪逆补偿和重构设计。当飞艇出现舵面损坏故障时，只是会改变飞艇的输入和输出关系，采用伪逆法的目的就是可以根据发生故障之前的输入输出关系，对舵面的偏转指令进行重新分配，从而使控制效果保持不变。当舵面出现卡死现象时，就会使所有操纵失效，并且还会有其他的干扰力矩产生，使飞艇的舵面控制更加困难。所以通常在发生卡死现象时要紧急降落避免发生更大事故，通过仿真能够通过把推力矢量作为余度控制，从而恢复飞艇的飞行能力。
结语
本文重点简述了矢量模型和飞艇模型的建立方法，并且重点分析了飞艇舵面故障的种类和产生故障的原因，并且详细介绍了推力矢量在飞艇发生舵面故障情况下的应用，对于飞艇的故障研究和故障排除有重要意义。■
参考文献
[1] 吴森堂，费玉华. 飞行控制系统. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[2] 张平. 自修复飞行控制系统的故障监测和控制重构. 北京：北京航空航天大学，2001.
[3] 夏小野，王新民，赵凯瑞. 伪逆法在飞控系统修复中的应用. 火力与指挥控制，2010；35（9）；109-113.