一种检测机场跑道辅助飞机着陆的系统设计

跑道作为机场的关键设施,是飞机着陆和减速滑行的区域,通过视觉定位方法计算飞机相对跑道的位置,可以作为辅助飞机快速平稳着陆的一种思路。视觉传感器所需成本较低,对安装环境要求不高,本文旨在设计一个仅靠视觉传感器对飞机进行定位的辅助着陆系统,运用目标检测和视觉定位两个模型,计算飞机相对跑道的位置。首先搭建出等比例微缩的机场跑道模型,视觉传感器产生运动模拟飞机飞行路径,目标检测模型通过机载视觉传感器获取的图像识别出跑道区域,随后视觉定位模型提取图像中跑道区域特征点,计算飞机相对跑道的位置。分别对目标检测和视觉定位两部分的实现原理及难点进行阐述,尝试将目标检测和视觉定位结合起来实现飞机降落时的定位,描述辅助着陆系统设计的整体思路。     

运输类飞机污染跑道起飞性能建模与分析

飞机在污染跑道上滑行时污染物产生的阻力对飞机的起飞性能有很大的影响。首先,通过分析污染跑道起飞过程中飞机的受力和运动情况建立了污染跑道起飞性能模型,并且重点介绍了模型中污染物阻力的计算方法,然后进行了模型验证及应用分析。研究结果表明,该模型可以准确计算污染跑道起飞场长,可以分析污染物的可达区域,效果良好,可行性强。     

某型飞机模型飞行试验地面滑跑控制研究

地面滑跑纠偏的目标是控制飞机沿跑道中心滑行,避免因发动机安装偏差、侧风扰动、跑道不平、飞机结构不对称等非理想特性,出现飞机滑出跑道的情况.首先建立飞机地面滑行动力学方程,并分析三轮、两轮滑跑阶段的受力情况,在此基础上设计了副翼、方向舵与前轮联动的控制策略.在Simulink平台上搭建飞机的地面滑跑全量非线性模型,仿真验证了纠偏控制律结构和逻辑的正确性.试验结果表明,滑跑纠偏控制系统空地状态切换平稳,在低速和高速阶段均具有良好的控制效果.     

弹性飞机地面滑行随机最优控制

将主动控制缓冲器应用于飞机地面滑行减振。建立了飞机在随机跑道激励下,考虑机身俯仰运动与弹性振动的非线性随机动力学模型。采用统计线性化方法,使模型在平衡点附近线性化。加入前置线性滤波器将随机路面高斯激励转换成高斯白噪声激励。基于随机最优控制理论,设计了线性二次型高斯(LQG)控制器。由Monte-Carlo法模拟了路面随机过程,得到了飞机的动响应。通过主动控制缓冲器与被动控制缓冲器的仿真比较可以看出,主动控制缓冲器能够有效提高飞机地面滑行的舒适性与减振性。     

民用飞机机载跑道入侵预警系统仿真验证

民用飞机在低能见度的机场跑道滑行时,存在发生跑道入侵的风险。国内外民航史记载了数次因跑道入侵事件导致的飞机在机场地面相撞而机毁人亡的严重事故。近年来,越来越多的人选择飞机作为长途出行的交通工具,使得全球大型国际机场的年吞吐量剧增,导致跑道入侵事件时有发生。各国民用航空管理组织对跑道入侵事件的关注度持续上升,航空公司需要在机上安装一套地面避撞系统,来避免跑道入侵事件的发生。本验证项目基于某大型机场的动态地图建立了一个机载跑道入侵预警系统原型,建立了飞机在机场滑行的平面四向运动模型,设定了不同安全等级的跑道入侵预警算法,定义了多种飞机跑道入侵场景,最终在MATLAB/Simulink和FlightGear中进行二维平面仿真和三维立体仿真,验证了系统解决方案的有效性和算法的正确性。     

双框架飞机蒙皮检测机器人切换运动控制方法

针对一种双框架飞机蒙皮检测机器人,通过分析该机器人在飞机表面上的受力情况,在飞机表面该机器人受到了非完整约束,基于牛顿-欧拉法建立了机器人非完整约束动力学模型。根据机器人机械结构和运动步态分析,将该非完整机器人系统分为子系统A和子系统B。为了实现机器人在飞机表面运动,采用反演技术和快速Terminal滑模控制相结合的思想对系统设计了控制器,提出了一种反演-滑模控制方法;对于非完整机器人子系统A和子系统B,设计了一种基于事件驱动的切换策略,实现了机器人对期望轨迹的全局渐近跟踪,并利用Lyapunov稳定性证明系统的跟踪误差收敛。仿真和试验表明,采用该切换策略和反演-滑模控制方法,双框架飞机蒙皮检测机器人可以在飞机表面自由运动并进行损伤检测,具有良好的可靠性和稳定性。     

飞机滑行动态响应分析

采用时域确定性方法,建立了机身-起落架系统分析模型,分析了飞机在不平跑道上滑行的动态响应,并对某机型采用不同形式减震器———常油孔及变油孔的情况进行了计算、分析和比较。结果表明,变油孔设计能够明显改善飞机滑行的动态性能。     

飞机起落架滑行载荷识别

 在飞机滑行方向跑道路面不平度为平稳随机函数的假设下,采用滑行过程分段等速化、起落架动态特性分段线性化方法,把原非线性非平稳随机振动问题,简化为分段线性平稳随机振动问题。在频域中采用频响函数描述飞机动态特性,计及全机刚体平动和俯仰模态及结构前ｎ阶弹性模态,给出了从飞机重心处加速度观测值识别起落架接地点载荷自谱密度函数的方法。起落架当量线性参数采用迭代求解。算例表明,本方法和程序可行。     

无人机地面滑行自主起飞的建模与控制

前三点式无人机地面滑行起飞的整个过程由三轮滑行、抬前轮滑行和离地至安全高度3个阶段组成,3个阶段飞机的受力与约束均不相同。根据3个阶段的运动特性和飞机的气动特性,建立了一种通用的无人机地面纵向动力学模型,确定其抬前轮速度和离地速度,从而选择合适的控制策略来实现其自主起飞。以某型无人机为背景,建立了全量的非线性模型,并在此基础上设计了一种起飞的控制方案。仿真结果表明,此模型与控制方案具有较高的工程应用价值。     

跑道特性对飞机起飞性能影响的仿真研究

在考虑跑道不平度和摩擦力对飞机滑跑姿态以及气动力的影响下,建立了跑道、飞机本体和起落架的动力学模型,并对飞机在简易跑道上的起飞性能进行了仿真研究。通过对飞机起飞的运动轨迹和姿态的数值模拟,得到了飞机起飞性能参数,以及跑道不平度对起落架及机体的随机振动影响。仿真结果表明,所建立的动力学模型和相应的仿真方法能够满足飞机在不同跑道特性起飞性能研究的需要。     

Simulation of asymmetric landing and typical ground maneuvers for large transport aircraft

It is important to determine static and dynamic ground loads for the aircraft ground maneuvers accurately in the design phase. Simulation of the important operational cases is a better way compared to the tests on real aircraft to investigate these loads at a reasonable cost. In this paper, the simulation of an asymmetric landing case and typical ground maneuvers for large transport aircraft is presented. The aircraft models are built in the multibody simulation tool SIMPACK. The tire model implemented in SIMPACK includes lateral dynamics of the tire. Cornering, braked runs and pushback are simulated as typical ground maneuvers. For simulation of braking, a simple but effective Antilock Braking System (ABS) algorithm is implemented. The article is based on the work done in cooperation between DLR and Airbus in the Flexible Aircraft 2 project.     

考虑几何限制的航向道模式设计

民机自动飞行系统在截获LOC信标切入跑道中心线时，由于空间几何限制导致较大超调，会对飞行安全产生不利影响。针对这一问题，设计了一种考虑几何限制的航向道模式。为了解决LOC线性区外信号不能用于自动飞行指令计算的问题，利用飞行管理系统的现有功能计算出飞机偏离跑道中心线的水平偏差；使用切入点位置和最大滚转角的几何限制作为机动判断条件，同时以进入线性区作为LOC模式的激活条件，使得飞机在达到几何限制时能提前机动。最后，通过仿真对比了采用三种不同LOC截获方法时飞机的响应，仿真结果表明所提出的方法能够有效解决因几何限制导致的LOC截获超调问题。     

进场航班双目标调度的鲁棒优化研究

由于天气变化,导致进港飞机降落的处理时间不确定的情况经常发生.因此,需要在受到天气影响,进港飞机在跑道的处理时间不确定时提高跑道的利用率,减少飞机的延误成本.以最小化航班总延误成本和跑道总工作量为优化目标,建立降落飞机的处理时间的鲁棒优化模型,设计出Epsilon约束算法对能够快速得出进港飞机降落方案的Pareto前沿.通过实例证明了模型的可行性及有效性,对机场终端在天气变化时对进港航班的合理调度具有一定的指导作用.     

基于交互式多模型滤波算法的航迹预测

航空器航迹预测是空中交通冲突探测与解脱,以及进离场管理等空中交通管制自动化系统的重要组成部分。基于混杂系统理论,描述航空器在水平面的运动模型,并针对航空器运动的多样性和不确定性提出了利用交互式多模型的航空器航迹预测算法。将算法应用于航空器的航迹预测,并与单一模型的卡尔曼滤波、α-β滤波和α-β-γ滤波的仿真预测结果对比,结果表明算法的有效性。     

Water takeoff performance calculation method for amphibious aircraft based on digital virtual flight

Owing to the strong coupling among the hydrodynamic forces, aerodynamic forces and motion of amphibious aircraft during the water takeoff process, the water takeoff performance is difficult to calculate accurately and quickly. Based on an analysis of the dynamics and kinematics characteristics of amphibious aircraft and the hydrodynamic theory of high-speed planing hulls, a suitable mathematical model is established for calculating the hydrodynamics of aircraft during water takeoff. A pilot model is designed to illustrate how pilots are affected by the lack of visual reference and the necessity to simultaneously control the pitch angle, flight velocity and other parameters during water takeoff. Combined with the aerodynamic model, engine thrust model and aircraft motion model, a digital virtual flight simulation model is developed for amphibious aircraft during water takeoff, and a calculation method for the water takeoff performance of amphibious aircraft is proposed based on digital virtual flight. Typical performance indicators, such as the liftoff time and liftoff distance, can be obtained via digital virtual flight calculations. A comparison of the measured flight test data and the calculation results shows that the calculation error is less than 10%, which verifies the correctness and accuracy of the proposed method. This method can be used for the preliminary evaluation of airworthiness compliance of amphibious aircraft design schemes, and the relevant calculation results can also provide a theoretical reference for the formulation of flight test plans for airworthiness certification.     

民用飞机客舱应急撤离仿真算法研究

在飞机应急撤离的仿真模拟中,国内多采用元胞自动机模型模拟疏散的人群,该模型计算较快,但把 疏散者视为同样的粒子,忽略了个体差异,因此与实际撤离情况存在差异。采用智能体模型,建立个人的行为 规则;采用适合飞机应急撤离的 A* 算法选择估值函数,建立人物模型,针对波音737灢700飞机客舱进行应急撤 离过程的仿真模拟,并与前人实验结果和权威软件airEXODUS仿真结果进行验证对比。结果表明:本文算法 的仿真结果与实验结果接近,更接近真实疏散情况。     

Methods for determining unimpeded aircraft taxiing time and evaluating airport taxiing performance

The objective of this study is to improve the methods of determining unimpeded (nom-inal) taxiing time, which is the reference time used for estimating taxiing delay, a widely accepted performance indicator of airport surface movement. After reviewing existing methods used widely by different air navigation service providers (ANSP), new methods relying on computer software and statistical tools, and econometrics regression models are proposed. Regression models are highly recommended because they require less detailed data and can serve the needs of general per-formance analysis of airport surface operations. The proposed econometrics model outperforms existing ones by introducing more explanatory variables, especially taking aircraft passing and over-passing into the considering of queue length calculation and including runway configuration, ground delay program, and weather factors. The length of the aircraft queue in the taxiway system and the interaction between queues are major contributors to long taxi-out times. The proposed method provides a consistent and more accurate method of calculating taxiing delay and it can be used for ATM-related performance analysis and international comparison.     

机场跑道道面平整度评价及其影响分析

根据机场道面平整度评价领域内大量的研究成果以及实际应用经验，提出了一套适用于机场道面平整度的调查、分析及评价方法。借助机场道面平整度评估软件，对飞机在两种平整度不同的跑道上滑行时的竖向加速度和动栽进行了仿真，并根据仿真结果分析了跑道道面平整度时飞机运行的影响。