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。     

民用飞机控制律对俯仰机动平尾载荷影响分析

针对中国民用航空规章第25部25.331(c)条规定的两种俯仰机动情况（非校验机动和校验机动）,本文首先对两种俯仰机动条款进行理解,然后对比分析了中国民用航空规章第25部与欧洲的适航认证规范对校验机动情况存在的差异,最后对两种俯仰机动考虑控制律前后分别进行机动仿真计算,进而对飞机响应及平尾载荷计算结果进行对比分析。 计算分析结果表明：1）考虑控制律后,飞机舵面偏度变化较大,进而导致整个机动过程中飞机响应姿态以及最后的机动载荷变化较大;2）对于急剧移动操作器件的非校验机动,考虑控制律后飞机的响应姿态有所缓减,最后导致平尾载荷有所降低;3）对于相对缓慢移动操作器件的校验机动,考虑控制律后飞机的响应更为剧烈,最后导致平尾载荷有所增加。     

中性速度稳定性控制律自动补偿方法

为了解决具有中性速度稳定功能的飞机在平飞加减速过程中高度及法向过载变化大的问题,提出了一种自动改变驾驶杆纵向位移的补偿方法并进行了仿真。首先,分析了高度及法向过载变化大的原因;然后,基于迎角、驾驶杆纵向位移及发动机油门杆偏度建立补偿逻辑;最后,通过法向过载与驾驶杆指令成型得到补偿所需的驾驶杆位移。仿真结果表明,所设计的自动补偿控制方法能够明显提高中性速度稳定功能的性能。     

多操纵面飞机稳定非线性控制分配

针对多操纵面飞机具有冗余操纵面的特点,考虑操纵面的位置约束,对多操纵面飞机设计一个由上层控制律和动态控制分配律组成的非线性控制器,应用李雅普诺夫稳定性理论和LaSalle不变集定理分别证明了上层控制子系统、动态控制分配子系统和整个闭环系统的渐近稳定性。对某多操纵面飞机的仿真结果验证了方法的有效性。     

倾转三旋翼无人机过渡模式纵向姿态控制

对倾转三旋翼无人机过渡模式下定高转换的纵向姿态控制进行了研究,为提高纵向操纵效能、解决操纵冗余问题,设计了模态转换中的操纵控制方案;采用牛顿-欧拉法对飞机进行动力学建模分析,建立了纵向动力学模型并给出了过渡转换路径;通过操纵效能分析对两种操纵机制进行分配,给出了操纵分配的权重和控制律.仿真和实验样机飞行试验地面站数据分析结果表明,按照所设计的操纵分配方案和控制律对飞机过渡模式进行纵向控制,能够使飞机保持平稳过渡.     

飞机着陆下沉速度的间接控制方法

着陆试验中,飞行员需要操纵飞机以要求的下沉速度着陆,但飞行员座舱内不显示下沉速度。考虑到飞机速度与下沉速度之间的关系,探索了一种通过平显的飞机速度大小和方向间接控制下沉速度的方法。首先分析了平显的飞机速度方向与真实速度方向之间的关系式,并针对着陆状态对该关系式进行了简化处理,得出了接地时的关系式;然后利用某型飞机着陆的数据,识别了接地时关系式中的系数,并将识别出来的关系式应用于该型飞机着陆试验中。试飞结果表明,该方法能让飞行员凭借平显的飞机速度大小和方向间接量化判断下沉速度的大小,实现了下沉速度的控制从经验式到量化式的转变,明显提高了下沉速度的控制精度,降低了着陆试验的风险。     

飞机常规机动仿真的过载控制模型设计研究

在空战战术和战法研究中,通常以飞机机动过载大小和方向(法向过载、航迹滚转角和速度/发动机状态)为输入控制量,继而解算预期动作的飞机动力学参数.根据飞机的航迹特征和飞行员操纵习惯,考虑飞机性能的限制,对飞机实现盘旋、跃升、俯冲、加减速、筋斗、按航路点飞行等常规机动的控制律进行了设计.仿真结果表明,所设计的控制律可以满足常规机动的仿真要求,具有一定的实用价值.     

大型飞机襟缝翼自动保护控制律设计与仿真

基于适航标准对飞机起降阶段飞行速度的要求,通过建立飞行速度和襟缝翼偏角关系,设计了大型飞机襟缝翼自动保护控制律,并进行了仿真验证。仿真结果表明,该方法能控制襟翼在飞行员误操纵的情况下自动偏转至合理偏角,避免飞机出现失速和超速的危险状态,并随着飞行速度的变化,使襟翼和缝翼的偏转实现最佳组合,保证获得最大升阻比。     

控制增强分系统权限对驾驶杆行程影响

根据一例飞机地面检查中出现的故障,研究了机械操纵分系统和控制增强分系统组成的人工飞行控制系统工作时对驾驶杆行程和驾驶杆力的影响。两个分系统同时工作比仅机械操纵分系统单独工作,驾驶杆行程会缩小,缩小的比例与控制增强分系统的权限相等,但平尾的偏度保持不变,飞机的操纵性不受影响。采用杆力传感器的控制增强分系统工作后,当驾驶杆推拉到缩小后的极限行程附近时,可能会出现抵抗力、回弹力。     

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了 1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对 HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这 2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有 3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。     

飞机中性速度稳定性PI~λD~μ控制律设计

针对现代战斗机中性速度稳定性控制律采用整数阶PID控制器而带来的诸多缺陷,利用分数阶PIλDμ控制器进行了重新设计。首先,介绍了分数阶微积分定义;然后,通过对比整数阶PID,分析了分数阶PIλDμ的优点,并在研究改进Oustaloup算法基础上,开发了分数阶拉普拉斯算子仿真模块,设计了分数阶PIλ控制器;最后,将分数阶PIλ控制器应用于飞机中性速度稳定性控制律的设计。仿真对比分析表明,所设计的分数阶PIλ控制器使飞机中性速度稳定性有明显改善。     

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。     

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.     

采用差尾控制策略的某型机横滚操纵性

某型战机所采用的气动布局使得其横侧安定性较大,与同代其他现役飞机相比横滚操纵性能较差,飞行员在做横滚机动动作时飞机掉高度现象明显。分析了其在低速和高速飞行时横滚机动性能差的原因,研究了增加差动平尾控制提高横滚操纵性的问题。建立了采用差动平尾后飞机稳定横滚的数学模型,并通过定量分析计算说明了增加差动平尾控制,可以使该型战机的横滚机动性能提高近30%,而不会削弱其安定性。     

平尾结冰对飞机动力学特性影响的仿真研究

针对某型飞机平尾结冰后的动态响应问题,利用结冰参数建立的平尾结冰参量模型,仿真分析了无操纵情况下平尾结冰对巡航特性的影响,以及平尾结冰后升降舵单位阶跃的纵向操纵响应,并研究了不同平尾结冰严重程度下飞机在进近与着陆过程中的动态响应及平尾失速特性,获得了平尾结冰对飞机动力学特性的影响规律.     

民用飞机平尾气动载荷计算方法研究

水平尾翼的主要功能是保证飞机具有纵向静稳定性和俯仰可操纵性。民用飞机由于起飞重量大、重心变化范围广,对平尾的操纵性要求很高,为了提高平尾的操纵效率,民用飞机一般采用平尾安定面可微动的设计手段,加上升降舵偏转以及翼身洗流等因素的影响,使得飞行中平尾处的流场变得非常复杂,如何准确或偏保守地确定平尾上的气动载荷一直是民用飞机飞行载荷计算中的一个难点。介绍了民用飞机平尾气动总载荷和载荷分布的计算原理和方法,并提出了如何协调基于测力、测压试验得到的载荷,以及平尾弦向分布载荷的修正方法。     

电传飞控不同纵向指令形式系统响应特性分析

现代战斗机大都采用带有多模态的电传飞行控制系统,通常在不同的任务模态下,控制系统采用的指令形式不同,飞机对驾驶员的操纵响应也有所不同。文中以电传飞行控制系统中,纵向控制律构型常见的几种指令形式为例,通过理论分析和数字仿真试验方法,分析了不同指令形式下,电传飞行控制系统对飞行员操纵的响应特性,并总结了不同响应特性的指令形式所适合的飞行任务场景。文中分析总结的结果,可为电传飞行控制律设计工作中不同任务模态下,指令形式选择与飞行员飞行任务训练工作提供参考。     

电传操纵系统设计技术

提出了电传操纵系统的战术、功能及可靠性设计要求,给出纵向主操纵系统大迎角、推力矢量及备份电传操纵系统控制律设计原则。在横侧向控制律设计中,阐明了差动平尾调参规律、滚转-偏航运动的去耦方法、控制律参数的选配原则及动特性分析方法。最后给出了起飞着陆控制律的设计原则。     

某型飞机平尾活动间隙的定量检查与控制

对飞机平尾活动间隙的定量检查与控制问题进行了探讨。根据某型飞机全机主操纵系统疲劳试验中对平尾活动间隙的测量及数据分析,结合外场大修飞机的实际情况,给出了平尾活动间隙控制值以及平尾助力器后操纵系统磨损间隙的定量检查要求,便于在飞机定检维护和大修中对平尾活动间隙进行检查和控制。     

放宽静稳定性大型客机电传控制律设计

对放宽静稳定性大型客机进行了控制增稳控制律的设计,并完成了相关的仿真验证。通过研究《CCAR-25运输类飞机适航标准》和C*飞行品质评价准则,提出了放宽静稳定性大型客机纵向增稳控制律的设计要求。采用国际上先进大型客机常用的C*构型设计纵向电传增稳控制律,最后对所设计的控制律进行了操纵品质和增稳效果的仿真验证。仿真结果表明,设计的控制律在典型的巡航状态下,电传闭环操纵品质满足Ⅰ级飞行品质;同时在纵向扰动的情况下,有很好的静稳定性,增稳效果满足适航条例的要求。