民用飞机PIO工程预测准则及试飞方法研究

驾驶员诱发振荡(PIO)是备受关注的适航安全性问题之一.以某民用飞机为研究对象,设计阶段通过工程预测准则计算分析其Ⅰ类、Ⅱ类PIO趋势,适航验证阶段参考AC25-7A给出民用飞机的PIO试飞方法与评价标准.通过试飞验证的飞行数据,结合飞行员评价,表明该民用飞机在试飞期间不存在PIO趋势,满足CCAR25规章要求,且试飞结果与理论预测结果一致.     

民用飞机适航取证中的APC/PIO评估方法

总结了MA600飞机在适航取证过程中所做的APC/PIO研究与评估工作。根据APC/PIO产生的机理及类型,理论分析了MA600的APC/PIO易感性及可能发生的类型;选择适合于运输机的预测准则,对纵向和横向的APC/PIO易感性进行了评估和分析;制定了试飞大纲,由试飞员在全动飞行模拟器上完成了试飞任务,并对其APC/PIO趋势做出了评分和评语;最后,对试飞数据进行了分析,所得结果与理论分析结果、准则评估结果及试飞员评语一致,表明MA600飞机没有发生APC/PIO的趋势,满足适航条例对APC/PIO的要求。     

电传直升机人机耦合振荡特性研究

为了分析研究电传直升机的人机耦合振荡特性,将直升机操纵/响应模型与驾驶员诱发振荡(Pilot Induce Oscillation,PIO)判定准则模型相结合,建立了一种适用于电传直升机的PIO预测方法。首先对建立的方法进行了飞行试验验证,然后应用该方法着重开展了PIO参数敏感性分析研究,得到了对降低PIO趋势有指导意义的结果。     

运输类飞机PIO试飞方法研究

基于CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》要求,结合FAA咨询通告AC25-7C《运输类飞机合格审定飞行试验指南》,叙述了驾驶员诱发振荡(PIO)的分类,以及运输类飞机PIO的合格审定试飞要求,分析了PIO试飞方法、试验点的选取原则、试飞评定准则、注意事项和风险规避措施等,可为民用飞机的PIO试飞提供参考。     

大型电传民用飞机人机耦合（APC）分析与评估

大型民用客机电传操纵系统的应用,使驾驶员诱发振荡（PIO）的可能性大大增加,直接影响到飞机的安全性。通过对PIO的分析,介绍了三个工程上实用的Ⅰ类PIO趋势评估准则：姿态带宽准则、Smith-Geddes准则、综合（姿态带宽加回落）准则,并结合准则给出了相应的算法和算例。最后提出了防范不利人机耦合的改进方案和设计措施。     

基于速率限制的Ⅱ型驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为电传操纵飞机发生驾驶员诱发振荡（PIO）的主要原因。在新机设计中,随着复杂性的提高,预测PIO变得更加困难和重要。以人一机系统为研究对象,讨论速率限制对系统的影响,重点分析验证基于速率限制的Ⅱ型PIO的开环发生点（OLOP）准则的评估方法。针对不同飞行状态下的飞机纵向运动模型,使用两种驾驶员控制模型,在不同的驾驶员输入、不同速率限制条件下进行数值仿真试验研究。结果表明：OLOP准则是有效的评估工具,杆振幅因素对评估结果的影响较强。     

反馈结构RLF补偿器在抑制Ⅱ型PIO中的应用研究

现代电传飞行控制系统中由于作动器速率饱和产生的突然的附加相位滞后以及系统操纵增益的降低,是触发Ⅱ型PIO的主要原因,对此通常采用相位补偿的方法进行抑制。为研究补偿器的抑制效能,建立了非线性的人机闭环系统模型。在分析基于反馈结构的RLF补偿器频域特性及其相位补偿能力的基础上,采用离散俯仰跟踪任务与正弦跟踪任务在时域内仿真研究了补偿器对Ⅱ型PIO的抑制效能。仿真结果表明,RLF补偿器可以有效抑制Ⅱ型PIO,经地面飞行模拟器进一步验证,表明补偿器明显改善了飞机飞行品质,可以用于Ⅱ型PIO的抑制。     

基于速率限制的二类驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为引起电传飞机驾驶员诱发振荡问题的主要原因。以人-机系统为研究对象,探究了驾驶员诱发振荡产生的机理,建立了人-机系统驾驶员模型和飞机模型,揭示了速率限制因素对人-机系统稳定性的影响规律,评估了基于速率限制的二类PIO的OLOP预测准则。该准则能否作为二类PIO评估准则进行了严格审查,评估了作为设计工具的潜在性。     

Gap准则在纵向Ⅱ类驾驶员诱发振荡预测中的应用

研究了Gap准则,建立了速率限制舵机的描述函数模型、改进的Neal-Smith模型,介绍了描述函数法研究I类驾驶员诱发振荡(PIO)的机理,得到了Gap准则在预测纵向I类PIO中的计算方法。并应用Gap准则对飞机纵向I类PIO进行了预测,结果表明Gap准则能够有效的预测纵向I类PIO。     

民用飞机驾驶员诱发振荡特性

<正>驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillations,PIO)是一种恶性的人机耦合现象,严重威胁现代电传操纵系统飞机的飞行安全。为了消除PIO现象,必须对其发生原因进行分析和预测。关于PIO的分类以及预测方法,国内外已有许多研究。PIO现象主要分为以下3类:I型PIO是线性的人-机动力学特性不匹配而引起的人-机耦合振荡现象,其发生具有代表性,是PIO研究的重     

基于线性矩阵不等式的电传飞机人机闭环系统稳定域

 针对静不稳定电传飞机作动器速率限制环节引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO)严重威胁飞机飞行安全的问题,研究了考虑作动器速率限制因素的人机闭环系统稳定域。引入增广状态变量分离速率限制环节,建立了人机闭环系统饱和非线性模型。为得到尽可能大的人机闭环系统稳定域估计,首先将稳定域求解问题转化为凸优化问题,再通过Schur补引理将其转化为线性矩阵不等式的求解问题,最终得到了人机闭环系统椭球体稳定域估计的一般算法。时域仿真研究表明:所估计的稳定域略微保守但不冒进,静不稳定电传飞机的Ⅱ型PIO是一种发散很快的振荡而非极限环振荡,驾驶员操纵增益以及作动器速率限制值是影响稳定域的重要因素。稳定域法物理意义清晰、结果直观,可用于非线性人机闭环系统稳定性的评估。     

防止Ⅱ型驾驶员诱发振荡技术的研究

许多严重的飞行事故都与由速率限制引起的Ⅱ型PIO有关。针对如何预防PIO，首先介绍了自适应杆增益和软件限制环节的设计原理。然后以某带速率限制的电传飞机为例，运用同一理论，分析采用自适应杆增益和软件限制环节来改善速率限制的不利影响。仿真结果表明，自适应杆增益环节和软件限制环节都能抑制住PIO的发生，但两者组合加入抑制效果更好，飞行品质也能达到满意的程度。     

基于舵机速率限制的PIO探测与抑制技术研究

舵机速率限制是现代数字电传飞机发生PIO事件的最主要诱发因素之一.利用描述函数法分析了舵机速率限制诱发PIO的机理；通过滑动窗口傅立叶变化法提取了PIO的特征值,基于直接逻辑设计了在线PIO探测算法；分析了DS抑制器、陷波抑制器的工作原理.地面模拟器的仿真验证结果表明,所提出的PIO探测算法和主动抑制方法正确、可行,可为PIO飞行试验提供理论基础.     

主动侧杆引导下的Ⅱ型驾驶员诱发振荡抑制

现代飞机采用放宽静稳定性构型和侧杆控制器操纵,使得舵面速率饱和引起的驾驶员诱发振荡（PIO）成为影响飞行品质的一个重要因素。针对舵面速率饱和引起的Ⅱ型PIO问题,设计了主动侧杆人感系统,其弹性系数随着舵面偏转速率饱和的发生而改变,从而达到抑制速率饱和的作用。基于主动侧杆引导下的人机闭环系统模型,仿真分析和飞行品质评价验证表明,基于系统误差在线调整人感系统弹性系数,能够降低舵机速率饱和的程度,改善飞行品质,有效抑制舵机速率饱和引起的Ⅱ型PIO。     

Ⅱ型PIO抑制分析及优化

飞行控制系统(人工/自动)控制增益过大、自动飞行控制系统工作异常,会导致作动器饱和,产生飞行操控延时,引发PIO(驾驶员诱发振荡)。本文在阐述了PIO产生机理的基础上,分析了Ⅰ型和Ⅱ型2种软件速率限制,探究了它们的开环和闭环特性;并研究了一种新的PIO抑制方法:通过优化装置,减小驾驶员操控指令及其与舵面实际偏转角之间的相位差,从而减少飞行操控延时,避免作动器饱和而降低舵面控制效率情况的发生。仿真研究表明,采用该方法可以有效地解决因作动器速率限制而引发的PIO问题。     

驾驶员诱发振荡预测方法应用研究

随着电传操纵系统在战斗机和民用运输机上的运用,驾驶员诱发振荡现象逐渐增加,对现代航空飞行安全构成直接威胁.介绍了Ⅰ型和Ⅱ型PIO的多种预测准则,重点研究了Ⅰ型PIO预测准则中的A准则、带宽准则和Neal-Smith准则,并对多型飞机的PIO趋势进行了预测.计算结果表明:A准则、带宽准则和Neal-Smith准则是预测PIO的有效方法.     

前馈结构DASA抑制器在抑制PIO中的应用研究

现代电传飞行控制系统中由于作动器速率饱和产生的突然的附加相位滞后以及系统操纵增益的降低是触发非线性PIO的主要原因,对此通常采用相位补偿的方法进行抑制。为研究抑制器的抑制效能,建立了非线性的人机闭环系统模型。在分析基于前馈结构的DASA抑制器频域特性及其相位补偿能力的基础上,采用离散俯仰跟踪任务与正弦跟踪任务在时域内仿真研究了抑制器对PIO的抑制效能,结果表明该抑制器可以抑制非线性PIO。最后在地面飞行模拟器上进行了进一步验证,结果表明DASA抑制器可以改善飞机飞行品质,能用于PIO的抑制。     

作动器速率饱和时的PIO抑制方法

 作动器速率饱和会产生附加的时间延迟, 使系统稳定性大大降低, 并增加了驾驶员诱发振荡( PIO) 的趋势。为防止作动器速率饱和, 在飞控系统中一般设置了软件速率限制器。对比分析了3 种软件速率限制器, 探讨了它们的开环和闭环特性, 从研究角度出发, 提出了某型飞机在出现低液压故障情况下的PIO 抑制方案。非线性六自由度仿真结果表明, 该方案明显改善了算例飞机在严重低液压故障时的动态响应, 降低了PIO 趋势。     

驾驶员模型对驾驶员诱发振荡评估结果的影响

在飞机设计中,应用不同的驾驶员模型来预测驾驶员诱发振荡(PIO)是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。以人-机闭环系统为研究对象,以某一电传飞机为例,采用Ⅱ型PIO的开环发生点OLOP评估准则,分别使用增益驾驶员模型和修正Neal-Smith驾驶员模型对人机闭环系统中的PIO易感性进行了分析、评估,对比研究了不同驾驶员模型对OLOP评估准则评估结果的影响。仿真结果表明:不同的驾驶员模型对Ⅱ型PIO评估准则(OLOP)的评估结果有较大的影响,相同驾驶员模型下不同的驾驶员增益对评估结果也有影响。在使用OLOP评估准则时应充分考虑驾驶员模型对评估结论的影响。     

在速率限制情况下获取人—机特性

自从X－15飞机在进场着陆阶段出现驾驶员诱发振荡（PIO）以来差不多有40年了，速率限制就一直成为引起PIO现象的常见因素。遗憾的是，由于缺乏有效的飞行试验数据，使得对由速率限制引起的PIO研究受到了限制。在1990年初，美国海军进行了一项F－14飞机模拟双液压故障时的操纵品质评价。在这种情况下，F－14飞行员必须依靠速率被大大限制的备份飞控模块（BUFCM）。尽管在编队飞行中操纵得心应手，量严重的PIO困境着空中加油和有偏着陆的飞行尝试。由于评价飞机当时装有完善的测试仪器，因而建立了完整的数据库。数据段包括扫描、加油对接、对接跟踪和有偏着陆。数据的频域分析揭示出在速率限制情况下可以提取到包含重要操纵品质的人－机系统特性和PIO准则，并且观测到期望幅值减小、相位延迟增加以及监视与速度限制有关的输入振幅。通过检查飞行员杆力输入的功率谱密度，能确定PIO频率和任务带宽。最终证明，在加油对接和跟踪任务方面由速率限制引起的过大的相位延迟导致了PIO。