基于鲁棒控制理论的轨迹规划方案

为了在大流量、高密度和小间隔条件下获取多航空器鲁棒无冲突轨迹,针对不同的航路空间分布结构,通过将单架航空器视为一个批次以及引入缓冲时间参数,基于航路冲突点保护区竞争机制,在极大代数框架下根据管制间隔约束构建了单航段和多航段航空器流控制模型,建立了模型输入变量、状态变量和输出变量之间的约束关系。从各类子模型的空间逻辑结构出发,进一步构建了空域多航空器极大代数耦合模型。基于不同的调配目标,设定了多类鲁棒优化指标函数,采用调整航空器到达航段入口时刻和在航段上运行速度两种策略,提出了多航空器轨迹规划鲁棒优化模型。算例分析表明,本文所提出的规划模型可行有效。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的航班战略冲突解脱研究

设计了一种改进的非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ）解决战略阶段轨迹规划大规模优化问题。在经典的NSGA-Ⅱ的框架下,采用一种自适应交叉算子与自适应变异算子加快算法的收敛速度并提高解的质量,同时给出衡量Pareto解集优劣的评价指标。大规模四维航迹的引入不可避免地增加了问题的复杂性,本文提出了一种有效的战略冲突解脱模型,旨在最小化潜在的冲突数量和冲突解脱成本。采用中国航路网络繁忙时段1 472架航班进行实例验证,并所提算法与经典的NSGA-Ⅱ算法及MOEA/D进行对比。实验结果表明,改进的NSGA-Ⅱ算法具有更好的优化效果,能够有效地解决航空器之间的冲突并产生较小的航空器航迹调整量。     

平行航路安全评估新方法(英文)

首先提出了一种平行航路安全评估新方法,即从空中交通管制的安全防护体系入手,将潜在飞行冲突看作空中相撞事故的初因事件,提炼出管制员指挥、短期冲突告警、飞行员目视避让及机载防撞系统告警四层安全防护,进而将平行航路碰撞风险问题分解为潜在飞行冲突计算和各防护层的失效概率分析.然后,推导了管制员干预次数计算模型,采用CREAM方法解决了管制员调配飞行冲突失误概率计算问题,建立了STCA防护失效和TCAS防护失效故障树模型.最后,以京沪平行航路为例进行计算,得出了雷达管制环境下的京沪平行航路碰撞风险.结果表明该航路满足安全要求.     

城市低空航路规划研究综述

随着低空空域开放进程的不断加速,低空航路规划的重要性逐渐显现。航路作为航空器运行的主要媒介,可以保证航空器安全高效的运行。当前,为解决尚未统一的低空航路划设规范与日益增长的低空航空器运行需求之间的矛盾,必须针对复杂低空空域环境特点,构建完备、合理的低空航路规划体系。首先,从城市低空航路规划的相关概念和发展历程出发,重点梳理航路相关概念;其次,基于中国空域管理特点与未来低空发展趋势,融合空域规划、基础设施建设、航路构建、运行评估等多方面的理论研究,提出城市低空航路规划框架体系;最后,剖析城市低空航路规划所面临的挑战与机遇,为未来城市低空航路构建提供参考和支撑。     

雷达管制下进场前高度穿越对航路容量的影响分析

雷达管制条件下到场航空器需要持续下降高度,造成大量的高度层穿越,对航路容量有很大影响,对此展开分析研究具有实际价值。本文面向从巡航结束到进场点的飞行阶段,分析航空器高度穿越对航路容量的影响。首先概述国内外对航空系统容量的分析和研究现状;然后在雷达管制条件下,分析到场航空器高度变更对航路容量的影响,建立航路容量评估的简化模型;最后通过算例对模型进行仿真验证。分析结果对评估雷达管制下的航路容量具有参考价值。     

基于调速法的交叉航路空域复杂度研究

目前基于航空器架次的空域容量评估方法很难映射出交通态势、扇区结构及管制员负荷之间复杂关系,采用复杂度评估空域系统运行能力是当前空中交通管理领域的研究热点。本文基于空域复杂度评估方法中的扰动分析思想,根据扇区实际运行中交叉航路、航班流随机到达等实际情况,建立扇区-航班流模型,采用调速法进行飞行冲突探测与解脱,进而定义交叉航路扇区空域复杂度计算方法,设计了瞬时和平均空域复杂度可视化表示方法,对预测和降低空域复杂度提供支持。仿真结果表明,该方法与基于航空器架次的评估模型相比更能反映出扇区交通态势微观特征,向空中交通管理提供了决策支持工具。     

RNP AR离场程序设计及实例分析

RNP AR飞行程序可有效避开地形、减小空域冲突、解决环境问题,提高飞行安全性、效率和空域容量.目前RNP AR设计规范中没有明确的RNP AR离场程序设计规范,但实际RNP AR运行中使用了RNP AR离场程序.本文考虑了ICAO 8168第二卷中一般离场程序原则并结合RNP AR运行特点,给出了RNP AR离场程序...     

在危险天气条件下预计航空器到达时间算法研究

主要研究了在危险天气条件下,在航空器可能的机动情况下,计算航空器在跑道或在最后进近点的预计到达时间问题.这个问题解决在雷达管制空域下,协助管制中心自动化系统在危险天气条件下,计算航空器的预计到达时间.我们通过一个概率模型和一个信息嵌入的最佳路径图(OPM)来解决预计到达时间问题,其中设计危险天气避让算法来建立最佳路径图.危险天气避让算法考虑的路径是从起始进近定位点到跑道的路径.该问题还要考虑各种限制,如航空器机动性限制,飞行员与管制员工作量的考虑,空中交通管制进离场走廊的限制等等.     

基于深度学习的离场航空器滑行时间预测（英文）

随着航班数量的不断增加,机场协同决策系统(Airport collaborative decision-making,A-CDM)的使用也越来越广泛。滑行时间预测的准确性对A-CDM计算离场航空器起飞排序队列和给出准确的撤轮挡时间具有重要的作用。本文提出一种基于时间-空间-环境数据的深度学习模型(Spatio-temporal-environment deep learning model,STEDL)来提高滑行时间预测的准确性。该模型由时间-流量变量(机场实际容量,场面航空器数量,时间段)、空间变量(滑行距离)、外部环境变量(天气,流控信息,跑道运行模式,机型)3部分组成。使用STEDL模型对香港机场离场航空器滑行时间进行预测验证。实验结果显示,STEDL模型预测准确率为95.4%,预测精度明显优于其他机器学习算法。     

基于分支定界的离场航空器动态排序

离场航空器优化排序是加速终端空域内航班流动 、提高航班正点率、缓解管制工作负荷的有效手段。采用滚动时域控制(Receding horizoncontrol,RHC)策略构建离场航空器 实时动态排序框架,并基于分支定界法获取时间窗内优化的目标起飞时间。在此基础上,利 用修正的离场滑行时间确定允许开车时间,从而为管制员提供决策支持。以上海浦东机场离 场运行为例进行仿真验证,结果表明文中提出的方法不仅有效地实现了管制决策支持（为管制 员提供目标起飞时间与允许开车时间）,也能够提升跑道离场容量,降低离场延误水平。     

Analysis on Potential Conflict Frequency of Intersected Air Routes in Terminal Airspace Design

In order to obtain accurate conflict risks in terminal airspace design, the concept and calculation model of potential conflict frequency for intersected routes are proposed. Conflict frequency is represented by the product of horizontal conflict frequency and vertical conflict probability. The horizontal conflict frequency is derived from the probability density distribution of conflicts in a period of time. Based on the recorded radar trajectory data, the concept and model of ROUTE distance are proposed, and the probability density function of aircraft height at a specified ROUTE distance is deduced by kernel density estimation. Furthermore, vertical conflict probability and its horizontal distribution are achieved. Examples of three intersected arrival and departure route design schemes are studied. Compared with scheme 1, the conflict frequency values of the other two improved schemes decrease to 53 % and 24%, respectively. The results show that the model can quantify potential conflict frequency of intersec ted routes.     

一种翼身融合布局飞行器的偏离特性分析

为研究某翼身融合布局飞行器的偏离特性，在南京航空航天大学回流式低湍流度开口风洞中进行了飞机模型的大迎角静态测力试验。通过对试验结果的充分挖掘，利用横航向静稳定性判据、侧滑偏离判据、横向控制偏离参数以及Weissman组合判据进行分析，获得了飞机的大致初始偏离迎角和偏离区域，并对飞机的尾旋敏感区进行了预测。同时，利用风洞虚拟飞行试验技术进行三自由度释放验证。结果表明:该翼身融合布局飞行器的横向静稳定性较差，在很小的迎角下就可能出现非指令滚转运动，这也是造成偏离发散的主要原因；而虚拟飞行试验对偏离现象有较好的复现，与通过稳定性判据得到的偏离特性具有较好的对应关系，验证了虚拟飞行试验在偏离特性研究上的可靠性。     

基于概率的编队飞行的告警算法设计

在建立编队飞机并行飞行的模型基础上,提出了一种基于概率的报警逻辑,即只有当两架飞机的冲突危险度超过一定的门限值的时候才发布报警信息.基于这种逻辑,本文运用蒙特卡洛方法仿真出在一定的冲突概率下飞机的碰撞区域并对结果进行了分析,最后验证了算法的有效性.     

CK1—M模拟无人机发射装置的研究和分析

CK1—M模拟机系缩比为1/5的模拟无人机,安装在发射装置的滑轨上,并采用固体火箭作为助推器进行发射起飞,以研究分析发射起飞过程中的一些问题。 本文介绍有关CK1—M模拟无人机发射装置的设计、调试和分析的几个问题,包括单发和双发起飞方案中滑轨长度的确定和释放力的选择,以及模拟机离轨瞬时相对滑轨运动的研究和滑轨结构型式的确定等问题。 模拟无人机发射起飞试验证明:有关发射装置的试验记录数据和计算结果具有良好的一致性,这些试验数据和设计方案是可信的,可作为无人机发射装置的设计依据。     

考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化

为了能在倾转旋翼机单发失效轨迹优化的研究中考虑到驾驶员的反应特性,建立相应的增广飞行动力学模型并进行计算分析。首先,以倾转旋翼机基本纵向刚体飞行动力学模型为基础,建立旋翼拉力系数、旋翼后倒角与操纵杆量之间的关系,并引入延迟环节、惯性环节和操纵速率限制来模拟驾驶员的反应特性,形成适用于倾转旋翼机单发失效轨迹数值优化研究的增广飞行动力学模型。然后,采用直接转换法将轨迹优化对应的最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。最后,以XV-15倾转旋翼机为样机,计算短距起飞单发失效后的最优着陆过程,并与相关文献结果进行对比。对比结果表明:考虑驾驶员的反应特性后,优化得到的状态量、需用功率、拉力系数和旋翼后倒角变化更加柔和,着陆时间和距离有所延长,操纵杆量变化更加合理。除此之外,随着驾驶员感知延迟时间增加,最优着陆过程所需时间会增加,且着陆时触地速度也会增大,但操纵量变化趋势基本一致。考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化可以为驾驶员实施安全着陆提供更加有用的依据。     

飞机动态推出控制策略仿真优化模型

机场离港运行的无序化造成滑行过程中的长时间排队等待及大量燃油浪费。为了减少燃油消耗和废气排放,在已有的动态推出控制策略基础上提出了阶梯函数控制策略(Step function,SPC)和非线性函数动态推出策略(Nonlinear function,NPC)的一般形式,以离港成本为目标,建立了基于停机位等待惩罚的动态推出控制模型,在不延误的前提下提出了一种基于网格参数优化的蒙特卡洛仿真优化算法。通过北京首都机场实际运行数据对推出过程进行仿真计算,并与无控制策略以及传统N-control策略的最优可达解进行仿真对比,结果表明:在不延误的前提下,提出的推出策略可以更加有效地降低平均滑行道滑行时间,NPC策略的离港运行成本和燃油成本可降低45.52%和54.23%,SPC虽然成本节省劣于NPC策略,但是其简单的操作方式可以为离港推出调度方式的改进提供决策支持。     

基于微分Petri网的民机航迹演化通用模型构建

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下的空域实施管理,在战略航迹规划阶段,提出了一种模块化的战略航迹演化通用模型。建立了不同航段之间航空器状态动态切换的一类宏观Petri网演化模型,以及同一航段内航空器速度和高度两种特征参数值连续变化的3类微观Petri网演化模型。根据航空器特征参数值转化的4种不同形式并基于航空器全飞行剖面的混杂运行特性,运用微分Petri网理论,定义了航空器的4种演化模式,通过组合各种演化模式得到了3种航空器基本演化模型。在满足航空器性能约束的前提下,通过设定10个航段及15个高度和速度预设值,得到了全飞行剖面下各特征参数的演化图。结果表明,所设计的演化模型增强了航迹预测模型的通用性,能够反映航空器在水平剖面和垂直剖面内的状态变化。     

基于图着色模型飞机智能化排班算法的研究

飞机排班问题关系到航空公司的系统运作,作用十分重要。通过对飞机排班问题的分析,把飞机分配问题转化为图着色,应用图着色理论,建立了飞机分配问题的图着色模型,引入时间片算法确定了航班使用飞机的时间冲突集合,根据“先到先服务”的原则给出了飞机分配的顶点序列着色算法。用一个具体的算例,验证了飞机智能化排班比现有航空公司调度员人工排班更先进、更实用、更加节省资源,使资源配置更加合理。     

基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空域实施管理,4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型,构造了在不同飞行阶段之间转移,而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向修正航空器真空速及地速,利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明,本文提出的混杂系统模型推测得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化,单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2 s以内。     

Control for Underactuated Reentry Aircraft in Small Angle of Attack

The control problem for under-actuated reentry vehicle like HTV-2 is considered with small angle of attack.The control strategy for an aircraft with positive lateral control departure parameter relies on strong lateral stability,which declines with the decrease of the angle of attack.Thus,to control the lateral-directional motion in a stable state is hard and even impossible in some scenarios where the under-actuated reentry vehicle,like HTV-2,flies in a low angle of attack.To address this problem,the lateral-directional open-loop motion characteristics are analyzed.The results show that in an uncontrolled state,the lateral-directional motion can automatically converge to stabilization thanks to the aerodynamic damping effect.Therefore,a method of turning-off the lateral-directional control and inviting aerodynamic damping to control can achieve stability.The six-degree-of-freedom simulation show that the lateral-directional motion can be stabilized by the aerodynamic damping,and the lateral position error caused by the bank angle deviation is limited near the zero-rise angle of attack.The control strategy is effective.