自动着舰纵向飞行控制系统操纵性能优化

 自动着舰引导系统能辅助高性能舰载机实现全自动安全、平稳着舰,其飞行控制系统须具备良好操纵性能。基于系统稳定性理论、F/A-18A舰载机测试数据和控制系统时域响应优化方法,提出了一种参数设计方法,“自内向外”逐环优化了自动着舰纵向飞行控制系统参数。仿真验证表明,该系统经参数整定后的指令响应优于F/A-18A的测试结果。     

舰载机进场动力补偿系统设计

舰载机事故主要发生在着舰过程,而其主要原因是由于舰载机低速着舰时航迹控制不稳定引起的,进场动力补偿系统就是为了解决这一不稳定现象而产生的推力自动控制系统。为了克服舰载机低速不稳定问题,提高航迹控制精度,并减轻飞行员在着舰阶段的工作负荷,飞机系统中需要引入速度恒定进场动力补偿系统。采用 F/A－18A 舰载机参数建立舰载机纵向运动小扰动线性化模型,分析模型飞行品质,并引入飞机姿态控制系统来解决俯仰控制不稳定的现象并使飞机满足一级飞行品质,之后采用衰减曲线法设计 PID 参数完成对速度恒定进场动力补偿系统的设计,解决航迹角无法跟踪俯仰角这一航迹控制不稳定问题,最后又引入舰尾流的垂直稳态分量验证了系统的抗扰动能力。     

舰载机拦阻系统纠偏能力的仿真研究

舰载机着舰过程中,拦阻系统的纠偏能力关系到舰载机的飞行安全。为了研究液压式拦阻系统纠偏能力的产生机理、以及在偏心或偏航着舰过程中影响舰载机动力学特性的主要因素,本文在多体动力学框架下,建立了包含滑轮缓冲装置和钢索末端缓冲装置的拦阻系统动力学模型。仿真结果表明：舰载机在偏心偏航拦停过程中,拦阻系统具有自主纠偏能力,并且纠偏能力的动力学特性与航母甲板的材料属性、拦阻索的应力波动相关;缓冲装置能有效地降低拦阻索的应力峰值、减弱拦阻索的振动。本文所建立的拦阻系统多体动力学模型为其结构设计和参数优化提供了有效的计算方法,并可为评估拦阻系统的纠偏能力提供理论支撑。     

二阶滑模控制在舰载机着舰导引系统中的应用

滑模控制系统在滑动模态时对外界干扰及参数变化具有完全的自适应性.利用二阶滑模控制实现飞机俯仰角的直接控制,并将其应用到舰载机着舰导引控制中.设计了二阶滑模控制器及对应的自动着舰导引系统.仿真对比研究表明二阶滑模控制下的着舰导引系统有较好的抑制气流扰动的能力.     

着舰指挥官指令操作关联引导系统建模

为保证航母舰载机着舰过程中着舰指挥官(Landing Signal Officer,LSO)对于驾驶员操作引导的安全性,建立了一种"LSO-驾驶员-舰载机"指令操作关联引导系统,通过深入剖析LSO引导任务,明确控制难点,定义指令操作基元概念,阐述引导着舰纠偏过程中的指令操作基元的集合性,设计建立LSO指令操作关联引导模型,LSO依据舰载机实时飞行状态下达"飞行状态关联指令",驾驶员依据LSO指令执行"指令关联操作",可以实现完整的指令操作基元响应纠偏.针对不同飞行偏差状态下指令操作关联引导过程进行仿真,结果表明本文设计的引导控制模型对于着舰偏差修正准确,纠偏策略符合实际着舰情况,为舰载机着舰安全性的提高提供了帮助.     

基于LQG/LTR的舰载飞机纵向自动着舰控制系统设计

LQG/LTR方法是一种设计优化动态控制器的现代状态空间技术。此方法具有良好的鲁棒性能和解耦特性。运用LQG/LTR方法设计了舰载飞机自动着舰控制器,并在考虑甲板运动和气流扰动的情况下,对纵向自动着舰控制系统进行了仿真设计与分析。系统仿真结果表明,控制系统实现了纵向指令的精确跟踪,具有良好的鲁棒性,满足舰载飞机纵向着舰控制的要求。     

基于坐标系动态变化的无人机着舰引导算法

针对无人机着舰区域动态变化,难以精确预估的问题,设计一种基于新坐标体系动态变化的自动着舰引导算法。在捕获阶段,新坐标系随无人机空间位置的变化而动态变化;在跟踪阶段,新坐标系随回收着舰区域的变化而动态变化,计算无人机在新坐标系下的速度和位置误差,经轨迹控制器修正误差,实现无人机的精确引导。以现役某型舰载无人机为对象,搭建综合仿真平台,设计飞行控制系统,优化轨迹控制器参数,加入舰尾流和导航误差,完成引导性能的验证与评估。研究结果表明:该自动着舰系统能引导无人机实现较精确地撞网着舰回收,着舰性能符合要求。     

基于动态递归神经网络的自动着舰系统设计

为解决舰载机在终端进场过程中受航母运动和舰尾流扰流等不确定性因素影响,很难实现对航迹的精确控制,容易导致舰载机复飞和着舰事故这一问题,基于动态递归神经网络设计了自适应滑模控制器,并将其应用于舰载机纵向自动着舰系统.首先该控制方法采用动态递归神经网络实现未知非线性函数的逼近,可以及时有效地处理终端进场过程中由不确定环境因素引起的偏差扰动,保证舰载机沿理想下滑道安全进场;然后通过滑模面和自适应律的设计保证了控制器的稳定性和鲁棒性.通过仿真结果证明了该设计可以实现对理想下滑道的快速精确跟踪,减小了舰载机着舰偏差,提高了控制精度,最终实现了舰载机安全进场着舰.     

MK7-3阻拦装置拦阻特点分析

拦阻装置是辅助固定翼舰载机着舰的重要装备,其功能是使不同着舰重量的舰载机在相同的距离内停止在飞行甲板上。通过分析美国现役航母上MK7—3型液压缓冲式拦阻装置的工作原理,研究了拦阻参数调整、钢索振颤的消除以及如何减小钢索拉力峰值等阻拦特点。     

舰尾流场扰动影响分析及抑制技术研究

为了解决舰尾流场对舰载机着舰的干扰问题,首先,建立了舰尾流场模型,并利用综合仿真平台分析了各个尾流分量对全自动着舰的影响;其次,分析了稳态尾流情况下引入高度变化率的补偿对着舰精度的影响;最后,提出了一种基于遗传算法的全自动着舰尾流影响抑制技术.仿真实验表明:优化前的纵向全自动着舰系统高度偏差在-2.3～1.9 m范围内波动,优化后的系统将高度偏差限制在-0.8～0.6 m范围内,提高了流场中舰载机航迹保持能力,增强了系统的鲁棒性.     

多路复用光传飞控系统半物理仿真研究

该文结合飞控系统信号特点 ,研究光传操纵系统时分复用及波分复用多路传输技术 ,并以舰载飞机着舰导引系统的地面半物理仿真为背景 ,进行光传飞控系统半物理仿真验证 ,并与电传系统比较。仿真结果表明 ,开发研制的多路复用光传系统均具有良好性能     

动态矩阵控制在飞翼无人机自动着陆时的应用

进场着陆是飞行的复杂阶段,虽然仅占整个飞行的2%～3%,却大约有1/3的飞行事故发生在此阶段。无尾飞翼无人机着陆下滑时对飞机的速度和姿态具有很高的精度要求,但有时仅靠油门控制飞行速度不能满足要求。针对这一情况设计了一种升降舵加阻力方向舵模型预测控制系统。先采用PID控制加快被控对象的响应速度,在此基础上建立基于动态矩阵控制(DMC)算法的模型预测控制器。DMC的在线优化和反馈校正等特点有效地提高了系统的整体性能。仿真结果表明,与经典PID控制器相比,该系统能够更好地跟踪下滑轨迹,提高无人机的动态响应,并且严格控制下滑速度。     

飞机起落架结构振动的非线性动力学研究现状及展望

飞机起落架是飞机地面停放、跑道滑跑、降落的过程中用于承受飞机重量、吸收撞击能量的一个关键受力部件,是为飞机提供滑行操纵和制动力的起飞着陆装置。飞机在路面滑跑时,由于跑道的不平整导致机身振动,飞机在着陆时,机身承受了来自地面的巨大冲击力,这些振动都会严重影响飞机的稳定性和安全性,降低飞行员和乘客的舒适度,甚至导致飞行事故。对飞机起落架振动的非线性动力学研究现状进行了总结,包括飞机起落架结构振动的非线性动力学行为机理、起落架冲击和垂向振动及控制、起落架摆振及控制等方面。对起落架结构振动的非线性动力学、主动及半主动控制的研究前景进行了展望。     

基于安全性的电动垂直起降飞行器飞控系统架构设计

飞行控制系统作为电动垂直起降（electric vertical take-off and landing,eVTOL）飞行器的关键机载系统,需要具备和民机同样的安全性。为了设计满足eVTOL飞行器需求的飞控系统架构,根据适航规章梳理了安全性要求,并基于安全性要求介绍了eVTOL飞行器飞控系统飞控计算机、传感器和作动器余度设计技术,设计了一种基于安全性考虑的eVTOL飞行器飞控系统架构;分析了eVTOL飞行器旋翼构型下的典型功能危险,并采用故障树进行了安全性分析。结果表明,设计的飞控系统架构的典型功能危险能够满足失效概率的要求。     

民航运输飞机重着陆研究综述

飞行安全是民航运行的基础,飞机着陆时速度小、惯性大、运行环境复杂,是事故高发阶段。为了分析飞机重着陆研究现状,对国内外重着陆研究文献进行了评述。从仿真建模、机器学习等方法对重着陆智能诊断,利用定量分析法、定性分析法进行重着陆致因分析和风险评估,以及对重着陆的风险、数量和相关参数进行预测,对以上三个方面的现有研究的成果和不足进行了分析。由于飞行环境和人机交互过程中的复杂性、多变性、不确定性,民航飞机稳定控制系统和重着陆实时预测是未来的研究趋势。     

基于滚动时域的遗传-免疫算法优化航班着陆调度

航班调度问题一直是空中交通管制(ATC)中的一个复杂而具有重要意义的任务,而航班着陆问题(ALS)是其中的核心问题.航班着陆调度是NP-hard问题,具有规模大、约束条件多的特点.因此,为了有效合理地解决航班着陆问题,本文提出了基于滚动时域的遗传-免疫算法(RHC HGIA)的航班着陆调度算法.RHC HGIA主要从两个方面解决航班着陆问题,一方面根据设定的滚动时域长度与大小选择需要进行优化的待降落航班;另一方面对选择的待降落航班使用遗传-免疫算法进行优化并确定其实际着陆时间.经过优化后的航班组成新的航班降落序列,从该序列中选择实际着陆时间在给定时域范围内的航班进行着陆.重新设置滚动时域长度,选择待降落航班进行优化,直到所有待着陆航班都已着陆为止.本文仿真实验以某机场一天内的20架待着陆航班数据为基础,并在机场管制仿真系统中进行模拟仿真.仿真实验表明,与传统航班着陆调度算法(FCFS)相比,经过RHC_HGIA算法优化后的待着陆航班的额外成本有明显的降低.     

基于LQG/LTR控制的大型客机飞/推综合控制研究

为了提高大型客机飞行的安全性,使其能在大气紊流中平稳飞行,基于线性二次高斯/回路传输恢复（LQG/LTR）方法设计了大型客机飞/推综合控制器。LQG/LTR方法以分离原理为核心,通过设计一个卡尔曼滤波器和一个最优反馈控制器来实现系统输出精确跟踪参考输入,且满足性能指标 最小,常用来处理有随机噪声干扰情况下的状态反馈。以某大型客机为对象进行仿真验证,仿真结果表明,所设计的LQG/LTR大型客机飞/推综合控制器具有良好的控制效果,能够在大气紊流条件下提高飞行的安全性。     

Z字形飞机建模与半实物仿真研究

为了提高无人机飞行品质,研究无人机控制的半实物仿真应用,形成一套通用的无人机飞行控制律设计与半实物仿真方法,针对气动特性较为复杂的Z字形飞机进行了研究。Z字形飞机机翼可向机身方向折叠,便于存放和运输。根据Z字形飞机外形参数,求得气动数据,并在此基础上利用小扰动线性化原理建立纵向线性模型,通过加入干扰脉冲方式研究模型纵向静稳定性,选取各环节传递函数,建立俯仰控制回路,调整PID参数,设计纵向控制律,分别使用Simulink和半实物仿真器进行仿真。仿真结果表明,无人机具有较好的静稳定性,PID控制参数选择合理,系统超调量较小,调节时间较短,可以提升无人机飞行品质,半实物仿真可以更真实、直观地反映无人机姿态,所用建模与仿真方法可应用到其他固定翼无人机,具有一定的通用性。     

基于机器学习的飞机起落架着陆载荷预测模型

随着物联网、大数据技术的深入发展,一型装备交付部队的同时,往往需同步提供数字孪生模型以优化视情维护过程。论文基于某型号飞机试飞数据,提出一种将机器学习技术用于飞机起落架着陆载荷预测模型构建的方法。以某型号飞机飞行参数为输入,以传感器实测的左起落架垂向载荷为输出,经数据清洗和特征降维后,分别建立极端梯度提升（extreme gradient boosting, XGBoost）、随机森林（Random Forest）和多层前馈（back propagation, BP）神经网络模型,并对所建模型进行调优。经对比和评估,XGBoost模型具有最高的预测精度,对起落架载荷绝大多数样本的预测误差均保持在6%以内,同时建模时间少,泛化能力强,为起落架载荷预测最优模型。