基于光学引导下飞行员操纵着舰建模

针对驾驶员操纵舰载机着舰的任务,建立一个在菲涅尔透镜光学助降系统(FLOLS)下的改进的驾驶员模型。在人工着舰时,飞行员驾驶飞机对下滑轨迹跟踪为基础,对驾驶员控制飞机的增益进行自适应控制的改进,对驾驶员在FLOLS光学引导下的视觉感受模型进行模糊控制的改进。结合舰载机动力学特性对舰载机着舰任务进行仿真。仿真结果表明了模型的合理性,可为飞行员操纵着舰提供参考。     

基于相似构型决策的舰载机驾驶员建模与评估

舰船运动和舰尾流等复杂海况是影响舰载机着舰难易度和精确度的重要因素，建立驾驶员着舰控制行为模型并构建人机闭环系统是评估复杂海况对驾驶员操纵负荷影响的有效手段。此外，新一代舰载机存在多种构型配置，并且即便是同一飞机其每次开始着舰时也可能处于不同的质量和气动构型下，因此在驾驶员建模中有必要考虑飞机构型变化。针对舰载机着舰操纵负荷评估问题，基于飞行试验手段和频域计算方法，建立了纵向俯仰跟踪的Hess结构驾驶员模型。考虑飞机着舰构型的变化，基于CAP准则和控制扩展方法，构建了舰载机典型构型库，并应用驾驶员在环仿真试验建立了与各飞机构型匹配的驾驶员模型，形成驾驶员模型库。在此基础上，给出了相似构型决策准则和方法，提出了针对指定飞机构型的驾驶员行为模型预测方法。针对舰载机在复杂海况下的着舰任务开展仿真分析，结果表明，本文方法能够支撑研究不同舰载机构型的操纵负荷的影响。     

舰载机着舰下滑中油门操纵对迎角的影响及修正

针对舰载机着舰下滑阶段,油门操纵对迎角的影响,建立着舰下滑纵向小扰动方程,分析影响机理,仿真油门对迎角的影响过程及驾驶员的应对操纵,总结驾驶员保持下滑道精准操纵油门和驾驶杆的配合方式及训练中需要克服的问题,对保证安全着舰具有借鉴意义。     

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.     

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.     

阻拦索断裂对螺旋桨舰载机着舰安全影响数值分析

喷气动力舰载机着舰拦阻滑跑，如阻拦索断裂，其逃逸复飞的概率极小。螺旋桨动力舰载机零升阻力大，推重比小，其安全复飞的能力值得研究。本文基于建立的螺旋桨舰载机逃逸复飞仿真模型（含阻拦索工作模型、发动机动力响应模型、升降舵操纵模型与气动力的动力影响修正模型），数值模拟了E-2C舰载预警机着舰阻拦索断裂情况下，其逃逸复飞的过程。仿真计算显示对象飞机在不同气动力、离舰速度与舵面操纵逻辑状态下，其纵向动力学方程中敏感参数与航迹下沉量的动态变化，结合视频数据分析其复飞成功的原因。研究表明：动力对螺旋桨舰载机俯仰力矩与升力特性的影响是其逃逸复飞成功的关键。动力影响使对象飞机的俯仰力矩曲线上移0.15，8°迎角下纵向静稳定性减小85%，升力线斜率增大29.7%、最大升力系数增大39%。这显著改善了螺旋桨飞机逃逸复飞状态下俯仰操纵的敏捷性，升降舵操纵效率与失速特性。动力影响使螺旋桨舰载机可在较小的加速度、离舰速度与有限的留空时间情况下，迅速改变其航迹角，减小航迹下沉量，保证逃逸复飞安全。     

舰载机油门助力装置评估试飞技术研究

由于舰载机在着舰下滑阶段采用的是反区(backside)操纵技术,这种驾驶操纵需要飞行员小量高频地推拉油门,这就要求油门杆操纵力足够小,以满足飞行员精确控制飞行轨迹的需求。介绍了油门助力装置在舰载机着舰下滑过程中的应用,提出了油门助力装置评估的方法。飞行试验结果表明,所提方法能够对油门助力装置给出客观评估,同时对后续其他操纵系统的评估提供参考。     

基于临界能量管理的着舰技术研究

以一种全新的视角,用能量管理来解释舰载机着舰,更加直接地分析舰载机的运动状态,并从能量管理的角度为着舰驾驶操作提供有益参考。结合舰载机着舰仿真数据,分析飞机油门、驾驶杆等控制量的输入对舰载机能量状态的影响,总结了规律性的着舰操纵方法,有助于飞行学员理解和掌握着舰理论,对其掌握舰载机的着舰驾驶技能有着积极的作用。     

F/A-18E/F全自动着舰飞行特性分析

以F/A-18E/F舰载机为对象,针对航迹精确控制和安全性要求,分析了舰载机全自动着舰飞行特性。首先,基于自动着舰控制系统,建立了全自动着舰飞行控制系统的动力学模型;然后,对下滑轨迹纠偏与控制能力、控制器指令响应特性、变换下滑道机动特性进行了仿真分析。仿真结果表明,在全自动着舰安全边界范围内,舰载机能在较短时间内将航迹控制在理想下滑线附近;控制器具有良好的高度变化率、俯仰角、俯仰角速度等状态指令响应特性及控制面指令响应特性;F/A-18E/F变换下滑道机动则需要配合油门完成,说明仅通过平尾控制实现该机动并非安全着舰的必要条件。     

舰载机着舰时航迹稳定性研究

本文讨论了舰载飞机以小于有利速度着舰时的航迹稳定性问题。在分析飞机航迹稳定性的同时,还对油门杆控制、机动襟翼控制对改善航迹稳定性的作用进行了初步探讨;在此基础上还讨论了舰载飞机加装波束导引系统对着舰过程的影响原理。结果表明:采用油门杆控制、机动襟翼控制来改善着舰阶段的航迹稳定性是可行的:而且用以上两控制系统作为内环的自动驾驶仪在波束导引系统自动导引飞机着舰过程中,能控制飞机的飞行速度、高度,帮助驾驶员操纵。     

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。     

舰尾流影响下的舰载机着舰控制与仿真研究

舰载机着舰时处于“低速大迎角下滑”的飞行状态,飞机的操纵性下降,加上舰尾雄鸡尾流的干扰,如果不能很好地控制很可能造成着舰失败。搭建考虑高度影响的舰载机着舰动力学模型,从“力与运动的动态关系”和“能量转换”两个角度进行舰载机着舰过程物理机理的研究,并利用模糊PID控制器的快速收敛能力对比分析迎角、速度和高度三个反馈量,升降舵和油门杆两个控制量,共六个控制通道的控制机理和内在关系,得出它们的优劣势和适用情况。进行有风扰动下的控制仿真及分析,筛选出油门杆高度反馈PID控制器作为舰尾流扰动下的控制系统,仿真结果验证了该控制器的有效性。     

考虑扰流的舰载机终端进场线性模型

回收舰载机需要精确的终端路径和姿态控制,舰载机线性小扰动模型是这一阶段系统分析和控制器设计的必要工具,它需要足够准确地描述在主要操纵输入和进场路径大气紊流作用下舰载机的动态特性。首先使用代数线性化方法建立舰载机终端进场纵向运动的小扰动模型,仿真证明该模型能精确描述无风条件下进场舰载机对控制指令的响应,但通常的建模气流扰动影响的方法不能正确反映舰尾大气紊流对舰载机进场速度的干扰。针对该问题,重点研究了垂向风引起的进场舰载机轨迹方向上的力瞬变,提出了量化舰载机地速扰动的表达式以优化线性模型参数。最后,通过完成舰载机动力学模型在不同风场下的开环仿真以及在舰尾流场中的终端进场闭环仿真,验证了改进的线性模型的有效性,表明它适用于复杂流场下着舰控制系统的性能分析和设计。     

试论舰载机着舰仿真

针对舰载机着舰的特点,从数学仿真模型和视景系统仿真方面简要介绍舰载机着舰仿真,综合归纳了舰载机仿真的特点。与陆基飞机相比,舰载机着舰仿真需要增加航母相关运动模型、逻辑和三维可视化模型,并且在视景显示方面也有更高的要求。进行舰载机着舰仿真研究,建设舰载机地面试验环境,开展地面飞行模拟试验,对工程研究和飞行员训练具有重要的意义。     

光学助降系统引导下舰载机着舰人机系统建模

针对菲涅耳光学助降系统(Fresnel lens optical landing system,FLOLS)引导和甲板指挥官(landing signal officer,LSO)指挥下的着舰飞行中,驾驶员对FLOLS光学引导信息感知的模糊特性,基于模糊控制理论建立了舰载机着舰过程的驾驶员感知模型。在此基础上,考虑了驾驶员、LSO和舰载机,以及来自航母、舰尾流的扰动,建立了多源引导的人机系统模型。仿真结果表明了模型的合理性。该模型不仅能用于舰载机的飞行品质和安全性分析,也可以应用于FLOLS的引导灯组设计。     

舰载机着舰下滑过程中的PIO趋势评估与防范

为了研究舰载机着舰安全性,首次提出了舰载机的驾驶员诱发震荡（PIO）问题,结合对陆基飞机飞行员诱发振荡的研究成果,分析了舰载机与陆基飞机在该问题上的异同点,构造了速率限制器前置滤波器来改进控制回路中的舵机速率保护结构,重点对舰载机着舰下滑过程可能发生PIO情况进行了仿真分析,并利用史密斯准则评估了过程的振荡趋势,说明了下滑过程发生PIO对着舰安全的影响,同时验证了所提出的防范方法的有效性。     

人——机系统动态特性的实时仿真与品质评价

飞机的飞行品质不仅取决于飞机本体学特性和驾驶员操纵动力学特性，更重点的是取决于驾驶员－飞机系统闭环特性。通过一名驾驶员在模拟工作台上，完成对某机在不同飞行状态下的俯仰跟踪仿真任务辨识得出驾驶员操纵动力学模型；对驾驶员－飞机闭环系统数学模型进行数字仿真得出系统动态响应。     

基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性仿真分析

 舰载机进舰过程复杂,驾驶员对舰载机的控制是影响进舰安全的重要因素,驾驶员操作的偏差受到人员自身状态、环境状态以及设备(舰载机)状态的综合影响。以国外某型舰载机为例,提出了基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性建模与仿真方法。考虑舰载机进舰过程中驾驶员控制的不确定性,分析了引起驾驶员不确定性的人-机-环因素,基于模糊推理建立不确定因素引起的驾驶员控制偏差模型,并在此基础上建立了舰载机进舰过程安全性仿真模型。通过仿真分析明确危险模式、危险程度以及危险发生的时刻点等关键因素的影响程度,为进一步保证舰载机进舰安全提供基础。     

飞行员着舰下滑轨迹跟踪操纵策略研究

为了比较前面与背面这两种飞行员着舰时所采用的操纵策略,建立了双通道飞行员跟踪控制任务模型。在此基础上,运用SIMILINK软件,仿真了采取两种不同操纵策略下飞机消除轨迹偏差实现轨迹跟踪的飞行历程,得出了两种操纵策略下飞行员模型两个通道的杆偏及飞机相关参数的响应特性。通过分析比较可知,着舰下滑时飞行员采用背面操纵策略更容易进行轨迹跟踪,且当初始轨迹偏差较小时,采用该策略仅控制主通道便可实现轨迹跟踪。     

变后掠翼舰载机抗侧风自动着舰引导系统

舰载机在航母上降落时,舰尾气流的扰动是影响着舰精度的主要因素.以变后掠翼舰载机为研究对象,根据其操纵特性,设计了引人侧偏速率反馈的抗侧风飞控系统控制律,优化自动着舰引导系统轨迹控制器系统参数,并根据系统结构配置构建仿真系统.通过对比侧偏速率反馈引人前后的系统性能表明,引人侧偏速率反馈明显降低了舰尾流对变后掠翼舰载机的影...