Implementation of tactical maneuvers with maneuver libraries

This study creates and combines the general maneuver libraries for fixed-wing aircraft to implement tactical maneuvers. First, the generalized maneuver libraries are established by analyzing the characteristics of tactical maneuvers required in battlefields. The 7th order polynomial is applied to both the creation of the maneuver libraries and the generation of the trajectories or flight paths for modal inputs. To track the desired trajectory, we design the Attitude Command Attitude Hold (ACAH) system and the Rate Command Rate Hold (RCRH) system using Model Following Controller (MFC). Moreover, the Line-of-Sight (LOS) guidance law is designed. In particular, the CONDUIT® is employed to optimize the gains so that the control systems meet the aircraft Handling Qualities (HQ) criteria. Finally, flight simulations are performed for the longitudinal loop, immelmann-turn, and climb-slalom-descent maneuvers to verify that tactical aggressive maneuvers are realizable via the combination of maneuver libraries. This study can contribute to the development of flight techniques for aircraft tactical maneuvers and to the revision of air force operational manuals.     

推力矢量飞机试飞技术模拟研究

为研究推力矢量飞机的试飞技术,建立了推力矢量飞机的动力学模型,用动态逆方法设计了4种过失速机动控制律,并在地面飞行模拟器上参考标准评估机动动作集(STEMS)进行了飞行模拟试验研究。试验结果表明,使用的4种过失速机动控制模式没有不可接受的操纵响应,飞机采用推力矢量控制后敏捷性明显提高。在模拟导弹攻击目标时,采用过失速机动控制模式具有明显的优势。     

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

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.     

模糊逻辑控制在过失速机动飞行中的应用

首先建立了进行过失速机动时飞机的动力学数学模型,并在分析了模糊数学和模糊逻辑控制特点的基础上,设计了模糊逻辑控制器 ( FLC)应用于 2种典型的过失速机动 ( 70°迎角定常飞行和眼镜蛇机动 )的数字仿真。结果表明,采用模糊逻辑控制器,调整模糊控制器中有关参数或采用带修正因子的模糊控制器,能够使得飞机在更短的时间内完成过失速机动,同时改善了飞机的动态品质。     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

基于改进支持向量机回归的非线性飞机结构载荷模型建模

为进行飞机结构载荷安全监控并为飞机结构疲劳寿命评估积累相关数据,需建立与飞行参数相关的 飞机结构载荷模型。针对飞机结构载荷与飞行参数之间的非线性关系,采用改进停机准则的 SMO 算法及粒 子群模型参数优化算法对支持向量机回归方法进行改进,并通过飞行动力学理论分析结合皮尔逊相关系数的 方法对参与建模的飞行参数进行选取。以飞机跨声速俯仰机动为例,建立机翼某一测载剖面结构剪力模型,并 对该建模方法进行仿真验证。结果表明:采用改进支持向量机回归方法所建立模型精度优于原始支持向量机回归方法建立的模型,即采用改进支持向量机回归方法可提高建模精度及泛化能力。     

刚弹耦合飞行器的机动载荷减缓

针对飞行器刚体/弹性模态耦合作用下的机动载荷减缓问题,运用亚音速非定常空气动力学理论以及分析力学原理,建立了柔性飞机机动载荷分析及控制的气动弹性模型,分析了飞机作纵向机动飞行时结构弹性对机动飞行参数的影响。数值分析结果表明,结构弹性模态对飞机机动过程的影响不容忽视。为了有效减缓机动载荷,运用最优控制理论,采用多组控制面联合偏转的作动方案,设计机动载荷减缓最优控制律,实现了对飞机纵向机动载荷的控制。研究结果表明,提出的机动载荷减缓控制方案是有效的。     

带主动控制技术飞机平尾机动载荷计算研究

研究了采用主动控制技术飞机飞行参数对平尾机动载荷的影响,包括带纵向控制电传操纵系统和“硬连接”状态,气动特性考虑弹性修正和不考虑弹性修正等方案。给出了这些状态下飞行参数的变化规律,计算了这些状态平尾的机动载荷,得到了一些规律性的结论,可以用于飞机型号设计中。     

基于深度确定性策略梯度算法的战机规避中距空空导弹研究

飞机规避中距空空导弹的逃逸机动策略对于提高战斗机的生存力至关重要。针对深度确定性策略梯度算法训练智能体学习飞机规避导弹的逃逸机动策略进行研究。以飞机导弹相对态势参数等作为智能体的输入状态,飞机控制指令作为智能体的输出动作,导弹飞机追逃模型作为智能体的学习环境,设计由相对态势和飞行参数构成的成型奖励以及由交战结果组成的稀疏奖励,实现从状态参数到控制量端到端的逃逸机动策略。通过与四种基于专家先验知识的典型逃逸机动攻击区仿真验证对比,结果表明：智能体实现的逃逸策略攻击区仅次于置尾下降攻击区,该策略对飞机规避导弹先验知识的依存度最低。     

Augmented flight dynamics model for pilot workload evaluation in tilt-rotor aircraft optimal landing procedure after one engine failure

An augmented flight dynamics model is developed to extend the existing flight dynamics model of tilt-rotor aircraft for optimal landing procedure analysis in the event of one engine failure.Compared with the existing flight dynamics model, the augmented model involves with more pilot control information in cockpit and is validated against the flight test data. Based on the augmented flight dynamics model, the optimal landing procedure of XV-15 tilt-rotor aircraft after one engine failure is formulated into a Nonlinear Optimal Control Problem(NOCP), solved by collocation and numerical optimization method. The time histories of pilot controls in cockpit during the optimal landing procedure are obtained for the evaluation of pilot workload. An evaluation method which can synthetically quantify the pilot workload in time and frequency domains is proposed with metrics of aggressiveness and cutoff frequencies of pilot controls. The scale of the pilot workload is compared with those of the shipboard landing procedures, bob-up/bob-down and dash/quickstop maneuvers of UH-60 helicopter. The results show that the aggressiveness of pilot collective and longitudinal controls for the tilt-rotor aircraft optimal landing procedure after one engine failure are higher than those for UH-60 helicopter shipboard landing procedures up to the condition of sea state 4, while the pilot cutoff frequency of collective control is lower than that of the bob-up/bob-down maneuver but the pilot cutoff frequency of longitudinal control is higher than that of the dash/quick-stop maneuver. The evaluated pilot workload level is between Cooper–Harper HQR Level 2 and Level 3.     

X型飞机机动载荷谱的编制

一、前言 为了编制X型飞机载荷谱和强度规范,先后在6个机场23架飞机上得到509个起落、304小时的VGH三参数时间历程记录,加上调查获得的实际使用资料,按飞-续-飞的编谱方法,编制了该型飞机的机动载荷谱。     

A Decision?Directed Adaptive Tracker

In the design of a tracking filter for air traffic control (ATC) applications, a maneuvering aircraft can be modelled by a linear system with random noise accelerations. A Kalman filter tracker, designed on the basis of a variance chosen according to the distribution of the potential maneuver accelerations, will maintain track during maneuvers and provide some improvement in position accuracy. However, during those portions of the flight path where the aircraft is not maneuvering, the tracking accuracy will not be as good as if no acceleration noise had been allowed in the tracking filter. In this paper, statistical decision theory is used to derive an optimal test for detecting the aircraft maneuver; a more practical suboptimal test is then deduced from the optimal test. As long as no maneuver is declared, a simpler filter, based on a constant-velocity model, is used to track the aircraft. When a maneuver is detected, the tracker is reinitialized using stored data, up-dated to the present time, and then normal tracking is resumed as new data arrives. In essence, the tracker performs on the basis of a piecewise linear model in which the breakpoints are defined on-line using the maneuver detector. Simulation results show that there is a significant improvement in tracking capability using the decision-directed adaptive tracker.     

飞机全动式鸭翼载荷飞行测量技术

根据现代鸭式飞机结构特点及载荷飞行实测要求,提出了在鸭翼大轴外缘选择一个剖面进行测载应变计改装的方法,并采用不同侧应变计以特定方式组成惠斯通电桥,以达到某种应变电桥只对与其对应的载荷敏感,而对其他载荷响应较小的目的,从应变响应上对鸭翼的弯矩、扭矩和剪力载荷进行机械解耦。在载荷校准试验中,左右鸭翼同时对称向上施加校准载荷,利用飞机重量和后机身托架即可平衡加载载荷引起的飞机移动和转动,不需要对飞机进行复杂的约束和固定。通过对校准试验数据的分析,采用多元线性回归方法,建立了鸭翼载荷模型,并对载荷模型进行了验证。选取典型试飞状态,对各种机动情况下鸭翼实测飞行载荷进行了分析研究,给出了鸭翼主要的严重受载状态。     

最佳过失速机动研究

 分航迹变向和机头指向目标两类问题对飞机过失速机动进行数值优化研究。结果表明,为获得大转弯率应在最大升力迎角区贴近角点速度飞行,因减速较快需用大油门。经典的转弯率图能够反映这类航迹机动的特点。而机头指向目标机动的前段仍是航迹变向问题,到适当位置后再利用超大迎角机动能力指向目标。飞行仿真表明,飞机具有过失速操纵力矩和良好的飞控系统时大部分最佳机动可顺利实施,但若有极低速度要求则仍可能超出操纵极限。     

面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识

不论是现代高机动隐身战斗机的设计需求还是常规布局飞机的飞行动力学分析,深入研究大迎角飞行时的非线性非定常气动力模型都极其重要。基于纵向运动小振幅及大振幅强迫振荡试验数据,分析了常规稳定导数模型的准确性,并从导数模型出发发展了简化涡流和分离流时间迟滞效应的非定常气动力线性模型和非线性模型,最后应用风洞典型机动历程模拟试验验证了模型的有效性。结果表明：对于复杂构型高机动飞机模型,发展并改进的非线性微分方程模型可以准确预测飞机不同机动下的非定常气动力特性,具有较强的工程可行性。     

基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的飞行训练评估

针对战斗机飞行训练中的评估问题,提出了一种基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的评估方法。首先,分析了训练过程中典型飞行参数与机动动作的因果关系,根据专家经验与先验知识构建基于动态贝叶斯网络的机动动作识别模型,推理得到战斗机机动动作识别结果。然后,建立战斗机飞行训练评估指标体系,根据战斗机机动识别结果选择飞行训练评估指标,并采用综合赋权法确定了指标权重。最后,建立灰度模糊评估矩阵,结合飞行训练过程中各评估指标的飞行数据得到评估结果。实验结果表明该评估方法能够根据飞行过程中的参数信息进行机动动作识别及飞行训练评估,提高了飞行训练评估的效率。     

电动飞机气动焦点辨识及飞行试验研究

电动飞机作为未来绿色航空的发展方向,引起了各国的广泛关注。电动飞机大多采用大展弦比气动布局,在飞行中机翼弹性变形较大,风洞试验测试的焦点结果不能较好地反映实际飞行要求。为了确定轻型电动飞机的重心范围以及得到飞行中准确的焦点位置,以某型碳纤维复合材料电动飞机为例,建立定常直线平飞和定常盘旋机动飞行的数学模型;基于盘旋机动飞行试验获得测试数据,采用物理解算法辨识得到实际飞行的焦点,并与风洞试验测得的焦点位置进行对比。结果表明：盘旋机动飞行试验辨识的飞机焦点位置要比风洞试验的结果靠前;对于展弦比较大且采用大量复合材料的电动飞机而言,在飞行过程中实际焦点位置与风洞试验结果有一定的差距,采用物理解算法辨识得到的焦点位置更接近于实际状态。     

民机极限飞行状态的动态气动力试验与建模

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素,飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围,进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。本文开展典型民机布局飞机极限飞行状态的动导数、大振幅试验,对大迎角动态气动力的参数影响规律以及非线性、非定常特性进行分析和建模。结果表明,在飞机失速到过失速区域,飞行姿态快速变化过程中动态气动力的非线性和非定常特征显著;在动导数试验和建模中,考虑运动角速率的影响,可以预示气动力非线性的迎角范围,并捕捉到关于飞机动稳定性演化的关键特征;利用Goman-Khrabrov状态空间模型结合大振幅试验,可以确定模型中表征非定常特征的关键时间常数,获得特定极限飞行状态运动中的非定常动态气动力特性。研究方法和结果为开展民机极限飞行状态的动态气动力风洞试验设计与建模提供了一个可行途径,能改进飞机飞行失控预防、极限状态改出、飞行模拟训练和飞行事故分析等。