一种基于多操纵面控制分配的IDLC人工着舰精确控制方法

传统舰载机采用纵杆控制迎角,油门杆控制下滑的着舰控制方式存在着操纵通道功能耦合,航迹与姿态耦合,着舰精度不高等多种不足。受舰尾流扰动、航母甲板运动等不利因素的影响,飞行员需要进行高频次的下滑修正操纵,身心负担极重。针对这一问题,在对美军魔毯技术（MAGIC CARPET）系统构成与着舰过程分析的基础上,针对三翼面布局飞机提出了一种基于多操纵面控制分配的综合直接力控制（IDLC）人工着舰精确控制方法。仿真分析表明：基于特征结构配置（EA）解耦设计直接力着舰控制方法能够实现飞机纵向运动长周期模态与短周期模态的解耦、油门通道与纵杆通道的解耦,具有抑制舰尾流扰动、稳定飞机下滑状态、减小操纵负担的功能;而基于多操纵面控制分配的设计方案通过鸭翼正偏增升,不但充分发挥了三翼面布局飞机气动舵面增升控制的优势,还减小了平尾配平出舵量,在一定程度上减小了平尾上偏所带来的升力损失。     

基于非线性动态逆的舰载机直接升力航迹控制

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接升力解耦控制角度出发,设计了两层NDI回路;然后,采用合理的控制分配方法实现直接升力的舵面分配。仿真结果表明,所提出的精确着舰控制方法能够有效实现"魔毯"式航迹操纵。     

近舰区风场建模与着舰仿真分析

通过分析近舰区风场特点,建立了低空风场和舰尾流模型,对飞机的着舰过程进行了仿真分析。分析认为:近舰区风场影响了着舰航迹的稳定性,降低了飞机着舰的安全性和乘坐品质。为了验证模型的合理性,进行了飞行员在环的地面飞行模拟试验,分析了近舰区风场对飞机着舰过程和飞行员操纵特性的影响。试验结果表明,近舰区风场的存在显著增加了飞行员的滚转操纵负荷。     

舰载机着舰任务下的飞行员建模研究

为研究舰载机在下滑着舰时飞行员的操纵策略,建立了着舰任务下的双通道飞行员模型.以人工着舰时飞行员控制飞机进行轨迹跟踪为背景,以着舰时惯用的“反区”操纵技术为依据,确立了舰载机飞行员控制律,并对控制增益参数进行了自适应设计.最后结合F-18A舰载机,运用SIMILINK软件进行了仿真.结果表明,该模型能很好地反映着舰任务下的飞行员操纵特性,可为飞行员着舰操纵提供参考.     

着舰状态飞行员控制策略研究

分析了低动压的背面(backside)着舰工作状态下飞行员仅控制飞机姿态无法控制飞行轨迹角的物理原因。研究了低动压的背面着舰工作状态下使用背面控制策略问题,即以推力来控制轨迹,以飞行姿态来控制迎角。设计了背面技术和前面(frontside)技术控制律,并以A-7E舰载机为例进行了仿真验证。最后对背面着舰工作状态下的背面技术和前面技术进行了比较,分析了海军飞机使用背面技术着舰的原因。     

舰载飞机着舰下滑跃升操纵策略仿真与分析

为了对舰载飞机着舰下滑时的跃升操纵策略进行研究,建立了飞机飞行动力学模型和驾驶员模型.在此基础上,根据“50 ft跃升规范”要求,以F/A-18舰载飞机为例,运用MATLAB/SIMULINK软件,对采取不同操纵策略下的飞机跃升飞行历程进行了仿真分析.结果表明,F/A-18舰载飞机在着舰下滑状态下无法达到“50 ft跃升规范”.此外,飞机在不开启动力补偿的情况下,飞行员需同时操纵油门杆和驾驶杆来实现轨迹跃升.     

侧向自动着舰引导控制L1自适应设计

针对具有不确定性及外部干扰的着舰轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种对侧向自动着舰引导控制内外回路进行综合化设计的方法.使用特征结构配置实现侧向模态解耦跟踪控制,同时设计L1自适应控制器以补偿系统由于不确定性、舵面故障、舰尾流干扰带来的不利影响,将其应用到侧向自动着舰控制系统.仿真结果表明,对内外回路进行综合设计的着舰引导控制律具有抑制不确定性及干扰的能力,能够实现对侧向自动着舰轨迹的精确跟踪控制.     

基于直接升力与动态逆的舰尾流抑制方法

在复杂的作战和着舰环境下,舰尾气流扰动是着舰误差的最主要来源之一。如果在着舰下滑阶段利用直接升力控制（DLC）的快速性和解耦性能力,可以极大地减轻飞行员着舰操纵负担并且提高着舰最后阶段对舰尾流的抑制能力。从航迹调节和姿态稳定的解耦角度出发,提出在非线性动态逆（NDI）控制框架下实现基于直接升力的着舰控制律方法,并通过建立含有舰尾流扰动的E-2C全量飞机仿真模型进行验证。结果表明：在非线性动态逆控制中引入直接升力的舰载机着舰控制律,可以实现在着舰下滑阶段姿态稳定的同时,通过直接升力快速解耦调节航迹误差,并且在引入舰尾流干扰的情况下,具有快速修正下滑倾角误差、抑制舰尾流干扰的能力,最终达到显著提高着舰精度的效果。     

舰载飞机着舰精确轨迹跟踪控制研究

根据着舰运动及Ｈ∞控制方法概念对用Ｈ∞控制方法设计舰载飞机自动着舰导引系统进行了研究;并按着舰导引系统的性能要求,确定了Ｈ∞控制综合模型的结构,给出了权阵的选取准则。以ＡＤ－４飞机为例进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的自动着舰导引系统能满足着舰要求,并有效地提高了导引系统着舰轨迹跟踪精度及抗气流扰动的能力。     

直升机着舰过程模拟

联立直升机和舰船运动方程,模拟了直升机的着舰过程,主要对直升机的着舰速度进行了研究,确定了在规则海浪情况下,舰船横摇角、侧向位移、舰船升沉与着舰速度之间的关系,为飞行员正确操纵直升机提供理论参考.     

自动着舰的控制构型研究

在参考美军自动着舰系统(ACLS)的基础上,研究工程上最合适的ACLS控制构型。首先,分析了垂直速度指令和俯仰角指令在轨迹控制本质上的不同点和相同点;然后,将上述两种指令控制结构与两种动力补偿系统(速度保持APCS和迎角保持APCS)一对一组合成4种控制构型,仿真比较了这4种构型在指令响应、风扰抑制上的性能差异,分析了其物理原因。结果表明,H·指令加迎角保持APCS的控制构型对飞机纵向控制更有利,特别是对轨迹、高度要求严格的着舰任务。这与美军的实际试飞结论相同。     

海上雾霾天气下基于能见度的舰载机目视着舰风险评估方法研究

针对雾霾天气对舰载机目视着舰安全性的影响难以量化的问题,利用激光雷达在近海的能见度观测数据,反演海上雾霾天气下飞行员目视着舰的斜程能见度的状况,提出 1种基于能见度指标的目视着舰风险评估方法,将舰载机着舰过程中飞行员频繁的目测压力,转变为舰上数据测量、风险评估和应对措施等程序化工作,将定性的安全分析转变为定量的风险评估和安全指导,谋求在现有着舰控制模式下有效降低飞行员着舰压力,提升指挥引导效率,为低能见度下舰载机目视着舰训练提供理论依据和实践指导。     

基于数字虚拟飞行的民用飞机纵向地面操稳特性评估

针对民用飞机设计方案纵向地面操稳特性的评估需求,面向适航标准的要求,提出了一种基于数字虚拟飞行的评估方法。基于适航条例要求提出了纵向地面操稳特性的量化判定准则,建立了飞机的地面运动模型和驾驶员操纵模型,以实现起降等特定地面运行任务的数字虚拟飞行,最终依据数字虚拟飞行结果和判定准则对飞机设计方案的地面操稳特性做出评估。应用此方法研究了某大型运输类飞机的纵向地面操稳特性。数字虚拟飞行结果表明:前翻倾向的严重情况发生在起降过程的高速滑行段,主轮刹车引起的机身前翻倾向是显著的,起落架纵向定位参数设计以及飞行进近参数选择均会对飞机的纵向地面操稳特性产生影响。     

大型飞机推力调节应急飞行控制研究

推力调节(Propulsion Controlled Aircraft,以下简称PCA)应急飞行控制作为一种替代的控制策略,能够通过仅调节发动机推力,对常规操纵舵面失效的飞机提供一定的控制能力。首先从动力学角度对推力调节的可行性进行了分析,并在此基础上建立了PCA 总体方案,然后采用内环增稳、外环设计PID 控制器的方法,完成了PCA 纵向航迹倾斜角控制器、横航向滚转角控制器的设计,仿真结果表明利用推力调节实现航迹控制是可行的。最后将所设计的控制器应用于自动着陆系统,飞机能够准确跟踪航迹,满足性能要求。     

舰载机理想着舰点垂直运动的预估与补偿

理想着舰点的垂直运动是影响着舰精度和安全的一个主要因素,因此必须加强舰载机对理想着舰点垂直运动的同步跟踪能力.为此,提出对理想着舰点垂直运动的位置和速度信号进行预估和补偿的方法,将垂直运动的位置和速度信号经过预估和补偿后分别引入到纵向自动着舰引导系统和飞控系统的垂向速度通道中,使得舰载机可以准确跟踪理想着舰点的垂直运动,以减小甲板运动对着舰的影响.针对不同海况条件,对设计的补偿器和预估器进行仿真验证,并与其他方法进行比较.结果表明本文提出的理想着舰点垂直运动预估与补偿方法可有效地补偿由甲板运动引起的着舰误差,显著提高了着舰的安全性和精确性.     

舰载无人机横侧向着舰控制律设计

舰载无人机横侧向控制一直是着舰控制律设计的难点。为了解决着舰横侧向控制的难题,针对舰载无人机的非线性模型采用了反演控制器设计方法,为解决传统反演的计算膨胀问题,引入了指令滤波方法,同时只设计了一个Lyapunov函数证明了稳定性;由于舰载机动力学模型不能精确获得,采用了自适应方法对其进行估计。设计的横侧向着舰控制器,能较好地解决横侧向控制器设计过程中的耦合问题,并且和传统PID进行了仿真对比,证明了所设计的控制律满足了对参考信号跟踪的性能要求。     

舰载飞机着舰航迹角控制器设计

为提高舰载飞机的着舰精度,基于总能量控制理论设计了着舰下滑航迹角控制器。频域分析结果表明,该控制系统使航迹角的响应带宽为1.21rad/s,满足了设计要求。基于非线性模型的仿真结果表明,该系统不但能够使航迹角快速地响应阶跃输入指令和保持飞行速度基本不变,且对于气动参数的摄动具有较好的鲁棒性。