自动油门控制技术在舰载机上的应用

着舰技术是舰载机应用的一项高难技术,自动油门控制作为一项有效的着舰辅助手段,通过进场动力补偿,可有效提高舰载机着舰轨迹稳定性,进而显著提升着舰精度及着舰成功率。介绍了自动油门控制技术的起源、着舰需求、基本组成和控制原理,并对其未来发展前景进行了展望。     

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。     

基于滑模变结构控制的舰载机动力补偿系统设计

分析了舰载机进场动力补偿系统的必要性,给出了一种基于趋近律的离散时间滑模变结构控制方法。利用该方法设计了一种保持地速迎角恒定的舰载机进场动力补偿系统,建立了舰载机自动着舰的综合仿真模型。仿真结果表明,通过控制俯仰角的变化量,能够使舰载机快速准确地沿着理想的下滑轨迹着舰,该动力补偿系统能够有效抑制舰尾气流扰动的影响,具有较强的鲁棒性。     

舰载机自动着舰引导与控制研究进展

舰载机自动着舰是一项复杂的系统工程。本文概述与总结了舰载机自动着舰系统及着舰引导与控制关键技术的发展现状;阐述了自动着舰系统的发展历程、设计规范,详细描述了自动着舰系统的基本架构和工作原理。在总结舰载机自动着舰引导与控制关键问题的基础上,详细概述和分析了舰载机数学建模、着舰引导、着舰飞行控制、动力补偿/自动油门控制、甲板运动建模、预估和补偿控制、舰尾气流建模与抑制、雷达噪声抑制与误差标校、复飞/逃逸决策与控制等关键技术的研究进展。最后,对舰载机自动着舰引导与控制的研究成果作了总结,并对未来发展方向进行了展望。本文旨在促进舰载机自动着舰技术的发展。     

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。     

舰载机着舰控制综述

随着现代战争的发展,舰载机发挥的作用越来越重要,而舰载机着舰控制是舰载机控制系统的关键技术之一。详细介绍了舰载机着舰下滑过程、下滑过程中轨迹稳定性所面临的问题及改善措施,最后介绍了舰载机本体特性的非线性建模和线性建模的仿真结果,最后得出关于舰载机着舰过程中的七点结论,对于指导舰载机着舰控制系统设计和后续舰载无人机的研制有重要意义。     

飞行与推力综合控制系统的设计

讨论了一种具有飞行与推力综合舰载机自动着舰控制系统的设计方法。结合国产某型收音机首先分析了基于俯仰姿态的升降速率控制系统的结构与控制规律；然后，对飞机进场功率补诉结构与控制规律进行了分析；最后，在同时考虑飞行控制系统与发动机推力补偿控制系统的条件下，对该综合系统的控制规律进行了设计与仿真，并提供了仿真结果。     

舰载机自动着舰导引的相关技术

介绍了舰载机自动着舰导引系统的基本组成及工作原理。围绕提高着舰精度和安全性，着重讨论了甲板运动补偿及预估、进场动力补偿、舰尾气流扰动抑制、着舰系统中噪声处理，以及复飞决策等着舰的相关技术。     

舰载机着舰中侧风和常值甲板风的影响研究

舰载机要安全着舰,需要精确控制全着舰航线轨迹及其稳定性,风是影响舰载机着舰航线的主要因素。论文主要研究了侧风和常值甲板风对舰载机着舰飞行产生的影响,建立了影响舰载机着舰飞行的不同侧风、甲板风的数学模型。根据数学模型计算了不同甲板风和侧风下着舰飞行轨迹参数,从而提出了着舰飞行修正方法。     

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。     

舰载飞机着舰精确轨迹控制研究

针对舰载机着舰过程的精确航迹控制要求,利用现有机上的控制设备,采用系统综合设计的方法,给出了两种航迹控制系统———风参考航迹控制系统和惯性参考航迹控制系统,通过仿真分析,给出了系统的性能差异。     

综合飞行/推力控制系统的智能设计

在介绍正规矩阵参数优化方法和着舰导引控制系统的基础上,为提高舰载飞机的操纵性能,采用智能设计软件IntelDes3．0设计了具有鲁棒性的着舰飞行,推力综合控制系统。基于飞机纵向非线性运动方程的数值仿真结果表明,设计的控制系统对阶跃输入的响应性能良好,鲁棒性较强。     

Multi-body dynamic system simulation of carrier-based aircraft ski-jump takeoff

The flight safety is threatened by the special flight conditions and the low speed of carrier-based aircraft ski-jump takeoff. The aircraft carrier motion, aircraft dynamics, landing gears and wind field of sea state are comprehensively considered to dispose this multidiscipline intersection problem. According to the particular naval operating environment of the carrier-based aircraft ski-jump takeoff, the integrated dynamic simulation models of multi-body system are developed, which involves the movement entities of the carrier, the aircraft and the landing gears, and involves takeoff instruction, control system and the deck wind disturbance. Based on Matlab/Simulink environment, the multi-body system simulation is realized. The validity of the model and the rationality of the result are verified by an example simulation of carrier-based aircraft ski-jump takeoff. The simulation model and the software are suitable for the study of the multidiscipline intersection problems which are involved in the performance, flight quality and safety of carrier-based aircraft takeoff, the effects of landing gear loads, parameters of carrier deck, etc.     

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。     

固定翼舰载机的全机落震试验

固定翼舰载机的全机落震是飞机设计和研究的关键技术之一,舰载机应通过在试验室实施的全尺寸飞机落震试验,考核飞机在各边界着舰条件下的强度。飞机起落架和机身各部件应承受巨大的冲击载荷而不产生结构失效,以此验证机体的结构完整性。基于对飞机设计和试验规范的分析研究,本文给出了全机落震试验的分析方法和工程解决措施。     

考虑杆臂效应与挠曲变形的全自动着舰技术

联合精确进近和着陆系统（JPALS）舰载组件旨在为最终进近阶段的舰载机提供自动着舰能力。针对由于舰船杆臂效应与挠曲变形的存在导致舰载机着舰定位精度下降的问题,开发了一种基于卫星引导的全自动着舰非线性化参数误差模型,结合舰船甲板运动及舰载机纵向飞行控制模型,评估舰船结构挠曲和姿态不确定性对着舰落点精度的影响。结果表明,杆臂效应与挠曲变形对着舰落点精度有显著影响,利用建立的误差模型以及飞行控制模型,能够将着舰落点精度有效控制在着舰标准之内。     

民机四维航迹/姿态一体化自适应控制

出于运营效率和飞行安全的考虑，民用飞机在航路终端区需有效减少飞行总系统误差（TSE），提高空域资源利用率。在此航段中，飞行技术误差（FTE）是最主要的组成部分，需采用引导控制一体化的设计思想，实现民机起飞/着陆段四维航迹精确跟踪，有效减小飞行技术误差。基于回路传递函数恢复（LTR）技术协调设计随机线性系统状态观测器和最优控制器，解决大气紊流作用下的民机飞行控制系统设计问题。在此基础上，引入自适应投影算子估计大气扰动导致的气动参数不确定性，并对其作用效果进行补偿。仿真结果表明，基于LQG/LTR（Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery）控制技术的自适应飞行控制律可以有效抑制气动参数不确定性影响，能够实现民机四维航迹/姿态一体化高精度控制的目标。     

舰载机滑跃起飞动力学与运动学特性

首先介绍了舰载机滑跃起飞技术的概念、现状及发展趋势。然后基于作者在型号研制及试验试飞方面的工作经验,从滑跃起飞过程中的舰载机本体,包括起落架缓冲器、轮胎在内的多体系统运动学与动力学特性出发,分别对影响舰载机滑跃起飞动力学和运动学特性的若干关键因素进行了讨论,这些因素主要包括甲板风场、发动机、起落架、操纵系统和重量特性等。最后通过定性和定量的对比分析结果,从飞机设计与使用两个维度识别出滑跃起飞设计所需重点考虑的影响因素、动力学与运动学成因以及相关设计指标,对滑跃起飞动力学与运动学特性进行了全面的探讨与深层认知。可为从事相关型号的设计、试验及使用的技术人员提供参考。     

PAR辅助光电设备的飞机着陆监测与评估系统设计

针对数据链在着陆阶段存在盲区和塔台无法获得着陆飞机实时姿态、接地参数等问题,提出利用多功能光电跟踪技术建立飞机着陆实时监测与评估系统,设计出飞机着陆监测与评估系统的技术方案。由于光电跟踪平台的视场有界,无法保证着陆飞机准确进入光电设备视场,采用精密进场雷达（PAR）牵引光电转台对准即将着陆飞机的方式,辅助光电设备捕获目标飞机,再经过图像检测算法处理,检测出目标飞机,进而转入跟踪锁定,计算出最终下降阶段目标飞机的姿态和偏航信息。详细阐述了该系统的PAR初始化光电设备的方法、步骤。该系统在飞机下降阶段辅助塔台指挥,实现整个着陆过程的监视与评估,满足未来作战飞机精密进近引导的着陆保障和训练要求,具有很高的实用价值。     

基于任务的舰载机驾驶舱人为因素适航评估方法研究

军用飞机飞行安全的主要影响因素由技术因素向人为因素转变,特别针对舰载机的起降模式、飞行条件和视觉环境等特殊情景下,减少舰载机驾驶舱人为因素导致的飞行事故,对确保完成规定的飞行和作战任务,提高舰载机飞行安全水平具有重要意义。结合舰载机特点,通过对人为因素适航标准包括美军标、国标、国 军标、SAE等标准的分析,提出舰载机驾驶舱人为因素适航设计准则;根据飞机研制阶段的特点,提出基于任务的舰载机驾驶舱人为因素评估方法。该方法可为舰载机驾驶舱人为因素适航评估提供思路和方法。