某型无人机滑跑起降纠偏控制改进分析

地面滑跑起降是轮式无人机飞行过程中的一个重要阶段,研究地面滑跑起降阶段的动力学特性对于无人机抗侧风特性摸底和纠偏控制律设计优化具有重要意义。基于轮胎侧向力模型、弹性轮胎和刚性机体假设,在 Matlab 平台建立地面滑跑阶段全量非线性模型和纠偏控制模型,综合分析发动机扭矩与侧风等工况下滑跑起飞和着陆过程中的响应特性,并对比分析两种不同纠偏控制模型下的纠偏性能和抗侧风特性。结果表明：该仿真模型能够反映无人机滑跑起降阶段的动力学特性,改进后的纠偏控制模型能够大幅缩短滑跑起飞距离,并且可以较好地实现纠偏控制。     

飞机非对称着陆和滑跑载荷分析

研究了飞机非对称着陆和滑跑栽荷的分析方法。通过给定飞机初始滚转角,模拟飞机非对称着陆过程中全机动载荷情况,按照ＧＪＢ规定的１－ｃｏｓ跑道情况,模拟全机滑行过程中受载情况。计算结果表明,飞机非对称着陆和滑跑载荷分析能够合理地模拟飞机真实着陆和滑跑过程中受载情况。     

跑道污染对飞机地面安全的影响分析

<正> 飞机起飞、滑行和着陆阶段为航空事故高发阶段,而飞机地面运行事故中超过50%的事故发生在受污染的跑道。保障飞机地面运行安全,必须充分重视跑道污染对飞机安全的影响。飞机在滑行、起飞和着陆阶段容易发生航空事故。按照对1991—2000年全球商用喷气飞机航空事故和死亡事故发生的飞行阶段统计结果,发生在滑行、起飞和着陆阶段的事故占总数的百分比高达64%,而死亡事故占死亡事故总数的10%(见表1)。     

飞机地面滑行过程中最短滑跑距离的确定

为了确定飞机地面滑行过程中的最短滑跑距离,本文通过优化的方式给出发动机的最佳安装角和飞机地面滑跑的最佳攻角以及前起落架的最佳凸伸量;并通过算例给出了高度与地面滑跑距离之间的关系曲线,为飞机在高原机场的起降提供一定的参考;最后,综合全文给出四点结论.     

无人机滑跑纠偏控制

研究无人机(UAV)滑跑纠偏控制方案、控制结构及控制律设计方法。提出了主轮差动刹车与方向舵联合滑跑纠偏控制方案及控制结构,建立了包含起落架、刹车装置及跑道特性的无人机滑跑非线性全量数学模型,采用频域模型作为参考模型表示期望的滑跑纠偏控制性能,利用基于遗传算法的全局优化过程对联合纠偏控制律参数进行设计,使纠偏控制特性逼近参考模型特性。实例设计表明,滑跑纠偏控制方案和控制结构合理可行,控制律设计方法快捷有效。     

高速无人机着陆滑跑纠偏联合仿真研究

针对高空高速无人机着陆地面滑跑过程中的侧向偏移问题,建立了差动刹车和方向舵联合纠偏控制系统。使用动力学软件LMS Virtual. Lab Motion建立了包含阻力伞、气动舵面和起落架等设计因素的全机动力学模型,并与Matlab/Simulink控制模型进行全无人机着陆滑跑联合仿真分析,验证了在侧风情况下无人机着陆滑跑纠偏性能。仿真结果表明,所设计控制系统满足性能指标要求,在无人机的整个滑跑阶段均有良好的抗风纠偏效果。     

飞机起飞与着陆过程中的最短滑跑距离

为了确定飞机地面滑行过程中的最短滑跑距离,本文通过优化的方式给出发动机的最佳安装角和飞机地面滑跑的最佳迎角,以及前起落架的最佳凸伸量;并通过算例给出了高度与地面滑跑距离之间的关系曲线,为飞机在高原机场的起降提供一定的参考;最后,综合全文给出4点结论。     

非直线滑跑飞机的摆振与滑跑稳定性

在非惯性坐标系中建立了起落架支柱的动力学模型。与飞机地面运行的六自由度模型结合，可以考察非直线滑跑飞机的起落架摆振现象及飞机地面滑行的方向稳定性。以Ｋ８飞机为例，考察了非直线滑跑模型与传统的直线滑跑模型的摆振特点及飞机的滑跑稳定性。算例结果合理，表明模型可供有关研究参考。     

模糊PID控制对轮橇式起落架飞机滑行减振的影响研究

飞机在地面滑跑过程中产生的振动严重威胁着飞机起降安全。针对新型轮橇式起落架飞机在滑行时受到地面随机激励而产生剧烈振动的问题，本文在多体动力学软件LMS Virtual.Lab Motion中建立了轮橇式起落架飞机全机着陆滑跑动力学模型，基于高斯白噪声经典随机过程建立随机道面激励模型，在MATLAB/Simulink中设计了半主动控制缓冲器，通过LMS Virtual.Lab Motion与MATLAB的联合仿真方法，分析对比了缓冲器被动减振、半主动PID控制和半主动模糊PID控制三种控制律作用下轮橇式飞机的滑行振动特性。研究结果表明，所设计的模糊PID半主动控制缓冲器，能够有效减小机体垂向振动位移和垂向载荷，并且可消除飞机刹停后的动态误差，使飞机更快达到静止状态。通过多工况仿真验证了该控制方法的适应性和有效性。     

大型客机积水跑道起降附加阻力评估

在飞机整个飞行过程中,起降阶段尽管时间占比很小,却是飞行事故的多发阶段。近几年国内外污染跑道起降冲出和偏离跑道的事故和事故征候不断发生。发生此类事故的一个重要原因就与湿跑道和污染跑道有关。为了保证飞行运行的安全,应确定飞机在污染跑道上的飞行性能。飞机在污染跑道上起降时污染物产生的附加阻力,对飞机的起降性能有很大的影响。分析了积水污染跑道上轮胎溅水图型的形成机理,研究了附加阻力的计算评估方法。算例表明,积水跑道附加阻力与积水深度近似成线性正比关系,与飞机地面滑跑速度近似成平方正比关系。该方法的计算结果符合规律、量级合理,达到了工程应用要求。     

大型运输机地面涡流场数值模拟

针对地面涡现象,建立了大型运输机装配涡扇发动机的三维模型,采用数值仿真方法模拟计算不同风速、风向、滑行速度条件下的地面涡流场。根据计算结果分析得到了地面涡流场分布特征及变化规律,提出了该型机运营过程中的注意事项。结果表明：针对该型机,地面涡进气主要造成进气旋流畸变,进气总压畸变水平较低,畸变指数保持在1.1%～1.7%之间。逆风风速大于5 m/s时地面涡消失,其强度随风速增加先增后减;随着风向变化,地面涡流场的涡系结构不断变化,处于下风侧的短舱更容易产生地面涡;滑行条件下地面涡强度变化较小,滑行速度达到3 m/s时已无涡吸入。实际使用中,地面静止开车时应着重观察旋流畸变较大的1号、4号发动机的工作状态;滑行时应着重观察地面涡吸入能力较强的2号、3号发动机的外物吸入情况。     

飞机地面转弯和刹车响应动力学分析

 建立了飞机地面运动的数学模型,模型中考虑机体的六自由度运动和起落架弹性;基于滑移率控制方式建立了机轮防滑刹车模型。通过仿真得出了飞机地面匀速转弯和滑跑刹车的动态响应。其结果表明,飞机匀速转弯时,其峰值出现在初始非稳态时刻;弹性起落架在着陆和刹车过程中产生走步现象;采用滑移率控制方式使飞机在整个刹车过程中取得最佳刹车性能。     

四轮起落架飞机地面滑跑转弯分析

现代飞机对其地面滑跑性能的要求日益提高,同时要求能够在条件更加苛刻的环境下运行.以四点式起落架布局飞机为研究对象,基于阿克曼转向几何原理,推导该飞机地面滑跑时两个前轮之间的转角关系.在Adams/Aircraft中建立四点式起落架飞机虚拟样机,并进行其地面滑跑仿真分析.探讨四点式起落架飞机不同前轮作为主动操纵轮时,对转弯半径的影响.结果表明:在相同滑跑条件下,当前轮操纵转弯时,四点式起落架飞机比常规的前三点式起落架飞机拥有更小的转弯半径;当主轮差动刹车转弯时,四点式起落架飞机的转弯半径略大于三点式起落架飞机;四点式起落架飞机的两前轮同时为主动操纵轮时,飞机的转弯半径最小.     

基于OpenFOAM的水陆两栖飞机水面高速滑行研究

在开源软件OpenFOAM的两相流动态解算器中添加了激励盘，数值研究了考虑动力影响的大型四发涡桨水陆两栖飞机在水面高速滑行时的典型力学特性。针对水陆两栖飞机的特殊性，全面考虑了飞机高速滑行时的水动力、气动力、地面效应以及螺旋桨的动力影响，较为真实地模拟了飞行器水上起飞的瞬时状态。首先，在interDyMFoam中添加了激励盘模型，以体积力的形式将螺旋桨旋转产生的动量注入流场，用以模拟飞机起飞时大拉力情况下滑流的动力学影响，较螺旋桨非定常模拟方法大幅减少了计算量。其次，对Wigley船体标模和螺旋桨单桨模型分别进行了考核，验证了OpenFOAM的水动力计算能力并确认了新加入的动态激励盘方法的可靠性。最后，利用建立的方法研究了水陆两栖飞机水面单断阶滑行过程中的气动力和水动力特性并给出了滑流和动力的影响规律。     

Ground maneuver for front-wheel drive aircraft via deep reinforcement learning

The maneuvering time on the ground accounts for 10%–30% of their flight time, and it always exceeds 50% for short-haul aircraft when the ground traffic is congested. Aircraft also contribute significantly to emissions, fuel burn, and noise when taxiing on the ground at airports. There is an urgent need to reduce aircraft taxiing time on the ground. However, it is too expensive for airports and aircraft carriers to build and maintain more runways, and it is space-limited to tow the aircraft fast using tractors. Autonomous drive capability is currently the best solution for aircraft, which can save the maneuver time for aircraft. An idea is proposed that the wheels are driven by APU-powered (auxiliary power unit) motors, APU is working on its efficient point; consequently, the emissions, fuel burn, and noise will be reduced significantly. For Front-wheel drive aircraft, the front wheel must provide longitudinal force to tow the plane forward and lateral force to help the aircraft make a turn. Forward traction effects the aircraft’s maximum turning ability, which is difficult to be modeled to guide the controller design. Deep reinforcement learning provides a powerful tool to help us design controllers for black-box models; however, the models of related works are always simplified, fixed, or not easily modified, but that is what we care about most. Only with complex models can the trained controller be intelligent. High-fidelity models that can easily modified are necessary for aircraft ground maneuver controller design. This paper focuses on the maneuvering problem of front-wheel drive aircraft, a high-fidelity aircraft taxiing dynamic model is established, including the 6-DOF airframe, landing gears, and nonlinear tire force model. A deep reinforcement learning based controller was designed to improve the maneuver performance of front-wheel drive aircraft. It is proved that in some conditions, the DRL based controller outperformed conventional look-ahead controllers.     

面向系统集成的起落架地面运动特性建模方法

大型飞机地面运动特性是飞机性能的重要组成部分,主要涉及到飞机的地面滑跑、转弯以及刹车等过程。地面运动特性的分析涉及到动力学、液压、控制等多领域,是典型的多学科耦合的复杂问题。以某大型民用飞机为研究对象,从主制造商的系统集成性能分析需求出发,通过多学科解耦和模型物理度划分两个角度进行地面特性模型架构的分解与定义,并以飞机刹车系统性能分析为例,验证了本架构的有效性。本文提出的模型架构灵活,既适用于飞机集成商的飞机级性能分析,又适用于特定系统级的性能分析。     

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。     

起落架缓冲系统参数优化设计

 同时考虑了起落架缓冲系统性能对飞机着陆和滑行过程中的影响,从改善飞机地面滑行动态响应特性出发,在满足着陆撞击等约束条件下,提出并建立了起落架缓冲系统参数优化设计的方法和模型,并以主起落架缓冲系统优化设计为例,具体讨论了优化过程和结果。实例计算表明,利用本文方法将有效地改善起落架缓冲系统性能。