高超音速飞机模型的仿真研究

为了掌握高超音速飞机复杂的动态特性,提出了一种研究高超音速飞机模型的新方法.该方法采用MATLAB插值函数和S函数分别估算和建立高超音速飞机的气动参数及其六自由度的微分方程组,并在不同高度和速度下计算飞行的平衡点,然后通过比较平衡条件与约束条件,近似得到了整个飞行过程的飞行包线.仿真研究表明,该方法适合用在高超音速飞机模型上,仿真结果与期望要求相符合.     

结冰对飞机飞行动力学特性影响的仿真研究

采用一种计算飞机结冰后气动系数和气动导数的工程方法,引入几个结冰参数,建立结冰后飞机飞行动力学模型。根据这些参数计算了飞机结冰后阻力系数以及典型气动导数的变化,并计算了结冰前后飞机的飞行包线;同时对结冰前后飞机的纵向、横侧动稳定性以及升降舵、副翼和方向舵阶跃操纵响应进行仿真计算。这种方法除了简单、物理概念明显、耗费少之外,采取将外界结冰条件与飞机本体分开处理的思路,具有广泛的适应性。结冰参数值随时间变化,可为实时监控结冰影响提供数据。     

一类非脆弱μ综合鲁棒飞行控制设计与仿真研究

为了解决在被控对象和控制器同时摄动时飞行控制系统的设计问题,提出了非脆弱μ综合鲁棒控制系统设计方法。通过数学模型的转换,将控制器的摄动转化为被控对象的摄动,解决了一类常规的鲁棒飞行控制性能设计不能保证控制器摄动时系统具有较好性能的问题。以某推力矢量飞机侧向运动为例,对其进行了非脆弱μ综合设计并做了数字仿真。仿真结果表明,本文提出的方法具有良好的鲁棒性和可行性。     

伸缩翼飞机变形飞行的建模与滑模变增益控制

研究了伸缩翼飞机变形飞行过程的动力学建模与鲁棒控制问题,以分析机翼变形对飞机性能的影响机理,并实现机翼变形时的平稳飞行。首先通过气动仿真分析构建了伸缩翼飞机气动参数与机翼变形的关联函数,进而建立了变形飞行的动力学模型。在此基础上提出了一种新的滑模变增益控制(sliding mode gain scheduled control,SMGSC)策略,更好地保证闭环系统的全局稳定和鲁棒性能。仿真结果表明,机翼伸缩能直接改变飞机的气动特性和运动模态;SMGSC能更好地保持伸缩翼飞机变形飞行时的状态稳定,并消除复合干扰的影响;伸缩翼飞机通过机翼变形可以减少50%的燃油消耗实现同样的飞行任务,具有重要的性能优势。     

飞机超声速巡航主动重心控制系统设计

针对某型飞机,从飞行动力学角度推导了飞机巡航阻力与重心位置、气动焦点位置之间的关系,分析了主动重心控制技术降低飞机超声速巡航飞行阻力的基本原理;构建了适用于飞机超声速巡航的主动重心控制系统结构方案,在此基础上设计主动重心控制器协调飞机的纵向稳定性和操纵性.仿真结果表明,将主动重心控制技术应用到某型飞机超声速巡航中,可有效减小巡航阻力,提高巡航的效率和航程.     

双机编队飞行自适应神经网络控制设计与仿真

飞机编队飞行控制的关键技术就是保持编队队形并且跟踪指定的飞行路径.考虑到编队飞机之间的相互影响,根据相对位置和全局坐标系统(编队中心)采用混合控制结构对编队飞机进行控制,使用神经网络自适应控制技术使得两机具有良好的模型跟踪能力,以便于僚机实现良好的跟踪,保持编队之间的相对距离;同时设计三通道神经网络混合PID控制器使得飞行控制系统快速跟踪指令,保持编队队形.以两架无人机为研究对象进行仿真,结果表明设计的编队飞行控制系统具有较强的稳定性和自适应跟踪性能.     

基于电动式力伺服的纵向操纵人感仿真系统

依据飞机纵向操纵负载力的数学模型，采用电动式力伺服加载的方式设计了飞机纵向操纵人感仿真系统。仿真结果和实际应用表明，该系统具有仿真精度高、快速性好等特点，能广泛地应用于飞行模拟器的操纵力负荷仿真系统中。     

一种改进的紊流风模型及其仿真算法

从提高飞机飞行动力学系统仿真的逼真性出发，提出了一种新的大气紊流模型，并研究了模型的仿真实现技术。该模型是在Dryden模型的基础上改进的。通过比较．Dryden模型与Von Karman模型的功率谱，提出了改进的紊流风模型的形式，采用参数优化方法对模型参数进行优化，得到了一种更为接近Von Karman频谱的紊流风模型。在此基础上推导出该模型仿真实现的计算公式，从而形成对该模型的仿真算法。通过在频域的分析比较和时域的仿真计算验证了模型的合理性和算法的正确性。本文给出的紊流风模型及其仿真实现算法，可用于飞行模拟器的实时仿真，也能用于飞行动力学系统的非实时数字仿真计算。     

无人机自适应编队飞行控制设计与仿真

编队飞行对于完善无人机的功能和生存能力具有重要意义.以两架紧密编队飞行的无人机为研究对象,考虑到外部干扰和噪声的影响,建立了编队飞行动力学模型;根据编队飞行控制系统的特点,使用直接自适应控制技术对无人机进行编队飞行控制,使得飞机具有良好的模型跟踪能力;同时采用PID控制器使得系统快速跟踪指令;最后分析了所设计系统的稳定性.仿真结果表明设计的编队飞行控制系统具有较强的鲁棒性和自适应跟踪性能.     

基于PC的飞行模拟器中面向对象的空气动力学模型

飞机的空气动力学模型是飞行模拟器仿真软件中非常重要的组成部分,它直接反映了被仿真飞机的气动特性.由于该模型中包含众多的气动数据和复杂的数据处理过程,所以高效的实现此模型的功能是开发高逼真度飞行模拟器项目的关键.考虑到基于面向对象C 语言的特点和MATLAB快速实现实时仿真应用的优势,我们实现了空气动力学模型的编制并将其成功应用于自行开发的基于PC的飞行模拟器中.此方法增加了程序的结构性和可移植性,使其便于维护并可以适用于不同的机型,同时也为下一步制定模拟机软件框架积累了经验.     

基于非线性动态逆滑模的纵向着舰系统设计

通常发生的舰载机进舰着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的。因此,针对着舰过程中的舰载机非线性运动模型,考虑舰尾流扰动的影响,提出了一种基于非线性动态逆的滑模控制方法,应用在纵向着舰系统的3个控制回路的设计中,来解决精确控制飞行轨迹的问题,并进行了航迹纠偏测试。最后,仿真结果表明,所设计的纵向着舰系统具有较强的鲁棒性和快速跟踪性,提高了舰载机着舰航迹精度,减少了下滑轨迹误差,满足了美国海军安全着舰指标要求。     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

主动控制起落架建模与仿真

建立了主动控制起落架系统的非线性模型和控制方程,对系统进行了稳定性分析,应用simulink对起落架主动控制系统进行了仿真,结果表明通过应用主动控制起落架系统,减小了飞机重心的垂直位移和起落架传递给机身的载荷,对提高飞机的滑行品质、提高乘客的舒适性、改善民用飞机在低等级机场上以及军用飞机在修复类或损坏类跑道上的使用等有着重要的意义。     

某飞行器级间分离气动力/约束力/飞力综合建模与仿真

飞行力学模块、约束力模块和气动力模块是构成飞行器级间分离建模仿真的三个主要部分。这三个部分相互耦合,给求解带来困难。为解决这类仿真问题,提出一种综合建模方法。该方法包括:飞行力学运动方程;CFE(Constraint Force Equation)方法求解约束力;CFD(Computational Fluid Dynamics)方法求解气动力和碰撞分析。其中,气动力模块计算得到气动载荷,输入到约束力的计算中;约束力模块得到的飞行器速度和角速度输入到飞行力学模块,经积分得到位置和姿态信息;而这些速度、位置和姿态信息又反馈到气动力模块中,构成一个回路。碰撞分析模块用来计算仿真终值条件。     

某运输机纵向周期模态频域仿真分析

在当代飞机设计及背景预研项目中,飞机纵向模态特性分析是必不可少的一个环节,模态特性也是影响飞机飞行操纵品质和飞行安全的因素之一,为了全面熟悉纵向周期模态特性,需要建立合理的纵向小扰动简化运动方程及相关动力学模型。给出了简化处理的线化小扰动方程,然后基于某运输机模型的气动数据以及飞行包线内的巡航状态,结合简化模型,在频域内对纵向周期模态特性进行了仿真分析。结果表明:简化模型可以准确地反映运输类飞机的纵向周期模态特性。同时,考虑了飞机发动机、操纵等结构系统对其模态特性的影响,因而提出了一些运输机设计和控制方法,为其它飞机型号设计提供工程理论指导。     

动态飞行仿真系统高载荷训练研究

介绍了动态飞行仿真系统的总体设计，结合现代军机的高载荷（高G值），飞行特点，详细介绍了高载荷飞行仿真的当前状况，从飞行仿真技术原理方案和载人离心机原理方案出发，采用了实时飞行仿真技术，直接力矩控制技术和交流同步电机驱动主心机的伺服调速体制，实现了高载荷（高G值）模拟飞行训练。     

舰载机着舰航线侧方计时建模与分析

为了提高航母回收舰载机的成功率,针对舰载机在着舰航线的顺风飞行距离精准问题,进行侧方计时研究。考虑航母航行使下滑道距离变长,舰载机顺风边飞行时自然风速使地速变大,自然风对舰载机下降转弯产生漂移影响,基于飞行动力学理论,建立了舰载机在着舰航线上侧方计时的数学模型,并对此模型进行数值模拟分析。结论如下:本模型适合于不同重量、不同挂载、不同型号的常规起降方式的固定翼舰载机在着舰航线上进行侧方计时的计算。     

基于敏捷性导弹逆动态的神经网络控制方法与仿真研究

给出了一种基于敏捷性导弹逆动态的神经网络控制方案。该方案由两个神经网络组成：第一个神经网络（NNI）用来离线的学习整个飞行包线内导弹动态特性的逆特性，以实现系统的线性化；由于敏捷性导弹在大迎角状态下具有高度的非线性特性和气动参数突变等未建模动态，因此引入第二个神经网络（NN2）来在线的补偿NNI的逆误差。在线学习的权值调整由Lyapunov理论得出，保证了闭环系统的稳定性。该控制方案对参数变化及未建模动态等具有良好的鲁棒性。将其应用于敏捷性导弹的控制中，数字仿真结果表明该控制方案有效。     

超机动飞行自抗扰控制律设计与仿真

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行控制系统的新方法。根据自抗扰控制器可以动态补偿系统模型扰动和外扰的特点,在超机动飞行快回路和慢回路中引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。直接针对飞机超机动飞行条件下的强耦合、强非线性模型进行控制律设计,符合超机动飞行控制的非线性、模型摄动大、模型不精确等特点,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。