新一代战斗机机动作战决策与仿真

近距空战要求新一代战斗机具有较好的机动性能.根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模,在综合飞行/火力/推进分布式计算机实时仿真系统中,运用大机动非线性鲁棒飞行控制律进行了典型的机动作战仿真.仿真结果表明,具有大机动性能的飞机在空战过程中显示出了很好的效益优势.      

建立在视线方程基础上的空战动力学模型

首先定义并介绍了视线动力学方程,在此基础上讨论视线坐标系上的机动策略问题。介绍视线坐标系上的空战策略的一种决策方法,以及视线坐标系上的空战策略向机体坐标系上的转化问题。最后建立在机体系上的力和力矩方程,用来说明如何操控飞机达到所需要的空战策略。     

三维重建的飞机机动动作库设计与可视化

机动动作库是飞机空战仿真的重要基础,可靠的、具有针对性的机动动作库能够提高空战仿真的真实性和应用价值。为了建立具有针对性的机动动作库,提出了一种通过三维逆向建模进行气动特性计算再建立飞机机动动作库的技术途径,对气动参数未知飞机的空战仿真问题提供了技术支撑。首先,对飞机的几何外形进行了三维重建,计算分析了其纵向气动特性;然后,将气动数据加入飞行仿真的限制环节,设计了针对该型飞机典型战术动作的机动动作库;最后,基于MATLAB函数进行了机动动作的可视化研究。研究结果表明:机动动作库体现了对于飞机类型的针对性和可靠性,可视化实现了飞行轨迹和飞机姿态的三维显示及参数游标,为空战决策、空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定了基础。      

直升机机动飞行逆仿真研究

对直升机典型机动飞行做逆仿真数值计算与分析.逆仿真中采用了较为复杂的非线性飞行动力学模型,包括非均匀入流、机身非线性气动力以及包含机身运动耦合的旋翼挥舞运动与作用力模型.提出了与非线性模型相适应的逆仿真算法,并将组合迭代方法用于求解广义非线性代数方程组.对跨越障碍(pop-up)和180°水平转弯(level turn)机动进行机动性描述.以某型直升机为例,对跨越障碍和180°水平转弯两种典型的机动动作进行逆仿真计算与分析.     

过失速飞机最速指向目标机动研究

基于飞机质点动力学模型建立了指向活动目标的终端条件,并进行最速指向机动动作的数值优化,其中用共轭梯度法寻优,用罚函数处理约束条件.计算结果表明,优化可以指导寻找对应于不同战术要求的有利机动过程;在近距空战中,具有快速改变航迹方向并进入过失速超大迎角机动的能力非常有利于快速指向目标、争取首攻机会,而改变航迹方向倾向于使用最大升力区迎角.     

基于滚动时域的无人机空战决策专家系统

针对专家系统法在空战应用中存在适应性差的缺陷,提出了一种基于滚动时域控制(RHC)的机动决策算法对空战机动决策专家系统进行改进.首先,系统地分析了在专家系统空战机动决策中的最优控制问题,完成了机动决策最优控制模型系统状态方程的建立、控制约束的设计以及指标函数的建立.在此基础上,根据滚动时域法原理,将整个空战过程分解为若干有限时域,并在每个时域内将空战机动决策问题视为初始条件不断更新的专家系统机动决策最优控制模型的求解,反复进行直到空战结束.仿真结果表明,在专家系统法失效的情况下,通过求解专家系统空战机动决策滚动时域最优控制模型,无人机能够快速地进行有效的机动决策.      

一种定量空战决策方法

提出了一种定量空战决策方法,以空空导弹的攻击区与发射条件为基础,通过定义空战态势指标函数,定量描述空战态势.根据空战态势指标函数值和中远程空战以及近距空战的特点决定采取的机动策略,将空战机动策略与当前空战状态变量之间的关系建立起来,使得从空战决策的前因定量计算空战策略的后果成为可能.空战整个过程的分析、评估、决策、机动等环节都是定量进行.建立了战机、目标机、导弹和决策模块的数学模型,给定不同的初始条件,对空战过程进行了仿真,分别验证了中远程空战决策和近距空战决策的有效性.     

雷锡恩公司完成SDB II系列挂飞试验

雷锡恩公司已经完成了小直径炸弹II（SDB II）的一系列挂飞试验，目的是演示验证炸弹导引头对机动目标的捕获与跟踪能力。试验中，SDB II导引头安装在了美国陆军的一架UH-1“休伊”直升机上，通过直升机的机动，模拟了从不同距离、不同角度及不同高度以非制冷红外成像及毫米波雷达的模式跟踪机动目标的行为。直升机也还按照炸弹的弹道轨迹进行了模拟飞行，测试导引头的性能。3名机组人员分别测试了导引头在跟踪静止目标、机动目标甚至是多个沿着同一路径机动的集群目标时毫米波雷达、红外成像导引头的工作能力。     

基于改进共生生物搜索算法的空战机动决策

针对现代空战机动决策问题,提出了一种基于改进共生生物搜索（SOS）算法的空战机动决策方法。首先,分析了传统基本机动动作库存在的不足,对其进行了改进和扩充,设计了11种常用的基本机动动作;然后,综合考虑角度、距离、速度、高度和战机性能优势,构造了战机机动决策优势函数;最后,针对传统共生生物搜索算法在收敛速度、收敛精度以及局部最优上存在的缺陷,将轮盘赌选择方法、动态变异率和梯度思想引入到传统算法当中,对算法有效性和算法性能进行了仿真分析。仿真结果表明,改进的共生生物搜索算法在收敛速度、收敛精度以及跳出局部最优上更具优势,能够满足空战机动决策需求。      

战斗机过失速机动特征指标的量化评估

战斗机采用过失速机动动作能够有效地提高空战效能和生存能力.利用四元数法建立了带推力矢量的飞机大迎角全量运动方程,依据过失速机动的主要目的"改变机头指向",结合战斗机的机动性和敏捷性,分析了在过失速机动过程中主要运动参数的变化规律,提出了分析评估飞机过失速机动性能优劣的4个指标,即最大配平迎角、从平飞状态拉起到机动迎角和从机动迎角恢复至初始平飞状态的时间、在机动迎角下绕速度矢量滚转并截获90°倾斜角的时间和过失速空战周期,并针对这4个指标开展了相应的全量仿真和量化评估研究,结果表明提出的指标可对过失速机动动作做出有效评估.      

直升机飞行动力学仿射非线性系统建模

建立一种单旋翼带尾浆直升机飞行动力学仿射非线性系统数学模型，为进一步开展直升机非线性系统特性和控制律设计研究做准备，建模过程中，保证了控制量能在方程中线性表示，又保证了模型的精度，以ＵＨ－６０Ａ直升机为对象，进行定直飞行配平计算以及直升机对不同操纵输入的动态响应计算，计算结果与试飞结果吻合，与国外较成熟的非线性工程实时仿真模型相比有相当的精度，证明建模理论和方法的合理和有效。     

无人直升机LPV控制律设计

针对无人直升机航迹控制要求,提出一种基于线性变参数(LPV)控制理论的无人直升机一体化式飞行控制律设计方法,通过速度、侧滑角、高度和偏航角控制通道的显模型跟踪控制,实现无人直升机航迹控制。建立了无人直升机高阶非线性动力学模型,模型中考虑了旋翼桨叶挥舞和摆振运动、旋翼动态入流、机体运动之间的运动耦合,用于检验直升机高阶运动特性对控制律性能和闭环系统稳定性的影响。由于无人直升机的非线性动力学模型是典型的周期性系统,基于简谐平衡方法进行无人直升机的配平和模型线性化计算,在速度包线内得到用于控制律设计的无人直升机LPV模型,通过凸函数优化方法求解LPV控制律的参数。基于典型直升机机动,采用数值仿真方法对LPV控制律在传感器噪声影响下的控制性能进行检验,仿真结果表明：LPV控制律在速度包线内具有良好的控制性能和鲁棒性,无人直升机闭环系统在机动飞行中满足给定的性能要求。     

电动直升机飞行性能计算和分析

在传统直升机飞行性能计算方法的基础上,结合电动系统的特性和直升机总体设计的特点,提出了电动直升机主要飞行性能的算法,并分析了电动系统特性参数和直升机气动布局、总体参数等变量对飞行性能的影响.以某小型无人直升机为例,计算和比较了该机电动化改装前后的主要飞行性能.算例结果和分析表明:相对于油动直升机,电动直升机受目前电动系统技术的限制,其续航时间和航程较短,但升限较高;微小型直升机的电动化比轻中型直升机更具有优势和潜力.该算法适用于电动直升机的总体设计和参数选择,也可为油动直升机的电动化改装提供一定的理论指导.     

基于混合遗传算法的直升机前推/后拉配平

针对直升机配平模型为多元且初始值难以确定的非线性方程组,以及全局最优解不唯一等问题,发展了一种基于遗传算法/拟牛顿法的高效混合迭代算法。介绍了直升机各个模块动力学方程。其中在旋翼建模中,考虑实际飞行环境下桨叶的运动和操纵特性,以动态入流和叶素法为理论基础,建立了具有配平特性的旋翼气动力模型。基于直升机飞行仿真动力学模型,详细推导了前推/后拉的配平变量和约束方程。通过构造目标函数,将全机配平问题转化为优化问题。通过计算UH-60A直升机在前推/后拉的配平解,并与飞行测试数据进行比较验证。结果表明,前推配平结果与飞行数据有偏差,后拉配平结果与飞行数据吻合。旋翼非定常气动特性是引起总距和脚蹬配平计算误差的主要原因。建立的配平算法适用于直升机不同稳定飞行条件下的仿真。     

无人直升机综合飞行控制系统设计

提出遥控－自主控制型无人驾驶直升机控制－仿真综合飞行控制系统设计概念,基于无人直升机自身的控制－仿真综合飞控系统可进行工程闭环飞行仿真,不论在研制阶段或使用阶段都可对无人直升机系统的飞行性能、飞控系统硬软件特性及可靠性、任务飞行参数预设置等进行深入的验证,地面飞控人员也可以在真实的系统上进行逼真的训练。此外控制－仿真综合飞控系统能通过飞行实践不断完善系统性能和在线检测系统异常,提高飞行安全性。提出     

对直升机动力学的现状与发展的分析

对以旋翼动力学和飞行动力学为主体的直升机动力学研究进展回顾。主要讨论与飞行力学有关的旋翼气动力模型，旋翼结构动力学、气动弹性力学、飞行动力学模型与控制以及飞行操纵与品质等方面的进展，分析它们的现状，供有关直升机研究人员参考。     

基于逆动力学的机动轨迹跟踪器设计算法

针对机动轨迹动力学非线性非仿射特性,建立了基于质心逆动力学的开环指令和基于非线性动态逆原理进行反馈补偿的混合逆控制方法,设计了机动轨迹跟踪控制器;并以常规机动如"S"形转弯、过失速机动如Herbst转弯等多种战术动作为例进行仿真,结果表明机动轨迹跟踪器设计算法能够胜任常规和过失速机动跟踪的需要,实时性强,延迟合理,跟踪精度高.      

无人直升机飞行品质要求探讨

针对无人直升机发展过程中对无人直升机飞行品质要求日益加剧,而相关领域的研究及成果甚少等问题,从自动飞行控制视角出发,较为系统地研究了无人直升机飞行品质涉及的各个基本方面,包括无人直升机飞行品质的定义、研究内容、影响因素和指标体系等;同时,通过对ADS-33E的合理改进,提出了适用于无人直升机飞行品质评估的三维架构以及相应的评估准则;可为新型无人直升机系统的研制和评估提供指导,为我国无人直升机飞行品质规范的早日出台提供借鉴。      

直升机飞行数值仿真中尾桨动力学模型探讨

针对常规单旋翼带尾桨直升机,通过对尾桨挥舞运动方程,尾桨动力入流模型,旋翼和机身在尾桨处侧沅的分析与计算,探讨尾桨动力学模型中不同因素对于直升机整机直线飞行状态的配平和驾驶员纵输入动态响应数值仿真精度的影响程度,为不同目的飞行数据仿真中尾桨动力学模型选取提供参考,本文以ＵＨ－６０Ａ直升机的算例进行了对比分析。