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.     

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。     

MULTI-CONTROLLER STRUCTURE OF SUPERMANEUVERABLE AIRCRAFT

Supermaneuver flight is often operated withhigh angle- of- attack and high angular rates.Su-per- maneuver flight cannot be controlled by aconventional gain- scheduled controller but canbe controlled by using a nonlinear dynamic- in-version controller[1～ 3] .　　 This paper presents a method to use twokinds of controllers,nonlinear dynamic- inver-sion and conventional gain- scheduled con-trollers,in a flight control system.The nonlin-ear dynamic- inversion controller is used to con-trol superm…     

基于深度强化学习的无人机栖落机动控制策略设计

无人机栖落机动飞行是一种无需跑道的降落方法，能够提升无人机在复杂环境下执行任务的适应能力。针对具有高非线性、多约束特性的无人机栖落机动过程，提出了一种基于模仿深度强化学习的控制策略设计方法。首先，建立了固定翼无人机栖落机动的纵向非线性动力学模型，并设计了无人机栖落机动的强化学习环境。其次，针对栖落机动状态动作空间大的特点，为了提高探索效率，通过模仿专家经验的方法对系统进行预训练。然后，以模仿学习得到的权重为基础，采用近端策略优化方法学习构建无人机栖落机动的神经网络控制器。最后，通过仿真验证了上述控制策略设计方法的有效性。     

机动过程中飞机通气系统性能计算研究

 燃油箱通气性能计算是通气系统设计过程中的一个重要环节。对某型飞机的通气系统进行了分析，在网络算法和时间微分法的基础上，研究了通气系统供油油箱组和非供油油箱组内空气压力的计算模型，并给出了飞机机动过程中油箱组通气的模拟方法。针对某型飞机油箱通气系统，模拟了某一特定机动过程下，各油箱组内空气压力的变化过程，计算结果用于该机通气系统性能的验证，效果良好。     

过失速机动飞机的鲁棒非线性控制律设计

 采用非线性动态逆和结构奇异值综合方法设计了过失速飞行条件下飞控系统控制律,解决了飞控设计中面临的非线性和鲁棒性问题。应用非线性动态逆的目的就是对过失速机动飞行条件下高度非线性的飞机动力学进行线化;从而围绕线性的快逆回路应用结构奇异值综合方法设计相应的鲁棒控制器,以提供对驾驶员指令的鲁棒跟踪。所设计的飞控系统将达到期望的飞行品质,确保系统对过失速机动飞行过程中因非定常气动力效应引起的系统参数摄动鲁棒性良好。高逼真度、非线性的仿真验证了这一点。     

虚拟多触角探测的高超声速滑翔飞行器再入机动制导

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面对的多约束问题，提出一种基于虚拟多触角探测的路航点规划机动制导策略。该机动制导策略通过飞行器最大转弯轨迹计算速度-剩余地面距离-航向角约束，在分段定点模式中发出多条粗略预测触角，引用触角末端反馈的信息计算优先级以确定临时路航点；同时在机动制导模式中发出精细探测触角，计算触角末端信息优先级，经倾侧角延时滤波器得出控制指令，对飞行器进行机动制导。基于多触角探测的路航点规划机动制导策略，降低了三触角机动制导方法中的计算时间；同时，4种典型禁飞区条件下的仿真结果表明，该策略能够有效稳定地解决机动制导过程中的多约束问题。     

机场机动区滑行道运行方案设计及仿真评估

我国多跑道机场日益增多,研究此类机场机动区滑行道运行方案的优化设计及评估方法,对促进机场场面资源的集约高效利用具有重要意义。给出多跑道机场机动区滑行道运行方案“固定、单向、顺向、循环”的设计原则,以及面向平行跑道隔离运行场景的“单侧运行”和“双侧运行”滑行道运行方案设计范式;基于“航班备选滑行路径库”和所给滑行道运行方...     

基于发动机与飞机的藻基航空燃料全生命周期分析

讨论了基于发动机类别及其飞机的藻基航空替代燃料与常规航空燃料对全生命周期的影响。基于GREET（the greenhouse gases,regulated emissions,and energy use in transportation）模型,依据平均载荷、最大航程,将民航客机分为单通道窄体、双通道中型、双通道大型、巨型、支线和公务机等6类。起飞、爬升、进近、滑行、巡航过程的燃料消耗及排放采用国际民用航空组织、美国NASA-AAFEX实验、欧洲EASA适航条例提供的数据。计算了6类发动机-飞机的气体排放、能量消耗情况。在双通道大型客机中藻基航空替代燃料制备过程的温室气体排放仅为0.2351g/(kg·km),原因为该类客机与小型飞机相比有更好的发动机效率和运输效率。然而由于起飞降落过程排放比例较大,单通道窄体客机在航程上对温室气体排放变化更为敏感。      

高经济性静音中航程民机设计方法讨论

 人们已愈来愈重视工业产品对环境的影响。人们直接感受民机对环境的影响首先是机场周边的噪声。静音飞机预案的研究目标是设计一种飞机,在机场周边听不见其响声,且油耗和排污指标优于现有的和正在设计的其他飞机。通过介绍SAX（Silent Aircraft eXperiment）三代概念机的研究进程,讨论了静音飞机设计的方法和使用的关键技术,包括具有一定准确度的快速翼身融合体准三维设计方法;具有最佳中央体外形的融合体气动外形设计;可平滑下弯的外翼前缘和后缘刷;分布、埋入式多风扇可吞吸边界层的发动机组;喷口截面可变的推力矢量喷管;先进的隔音衬管;整流的起落架等。最终的概念机SAX-40实现了在机场周边的最大噪声计算值为61 dBA,接近于稠密居民区的背景噪声,且使机场周边的人们不易感觉到飞机的起飞/进场。其油耗经济性亦达到了124座 哩/加仑的优异指标。     

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.     

基于Kalman滤波的变体飞行器T-S模糊控制

针对变体飞行器的跟踪控制问题,提出了一种基于Kalman滤波的T-S模糊控制方法。考虑飞行器系统状态不可测,引入惯导数据作为辅助信息,利用Kalman滤波算法融合飞控信息与惯导信息实现状态估计。由于变体飞行器在不同变形结构下气动特性变化较大,为便于控制器设计,采用小扰动线性化方法得到飞行器在不同平衡点处的局部线性模型,并通过状态反馈方法设计局部控制器,局部线性模型和局部控制器通过模糊集和模糊规则聚合成一个连续光滑的全局T-S模糊模型和T-S模糊控制器。通过综合Kalman滤波器与T-S模糊控制器得到一个基于Kalman滤波的T-S模糊控制器。仿真结果表明,该控制器在变形过程中能够实现状态估计,保证飞机的跟踪性能。     

智能蒙皮飞行器的飞行控制研究

将嵌入大量微致动器元件的智能蒙皮应用于飞行器,以增强或替代传统的控制面来产生控制力矩,使飞行器稳定并能进行机动飞行。以无尾飞行器为例,推导了其动力学模型,并设计了状态反馈控制器。仿真结果表明,所讨论的智能蒙皮对机动要求不大的无尾飞行器具有足够的控制能力。     

任务规划系统机动模型与航线设计

航空兵任务规划系统中飞机空对地攻击航线解算的准确性、航线生成质量和航线解算速度是衡量任务规划系统能力的重要指标。飞机空对地攻击航线设计是飞机航线规划中典型的多约束复杂机动,其在设计与使用过程中受到来自时间、空间及飞机本体的多维约束,对飞行动力学建模与航迹优化提出了较高的要求。本文利用面向对象的思想对飞机无侧滑动力学模型...     

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.     

飞机推出和跑道掉头滑行行为计算方法

针对飞机推出和跑道掉头两种地面滑行特殊行为的位置和姿态计算问题进行了研究。从机场塔台管制运行模拟仿真的角度出发,提出了非完整运动学约束下飞机推出滑行和跑道掉头运动计算方法。依据飞机推出实际和非完整运动路径跟踪模型,设计出适合仿真推演计算的飞机推出运动求解方法。根据飞机跑道掉头的几何约束和转弯角运动约束,设计出开环控制下完整刻画飞机运动的求解方法。与动力学求解模型相比,该方法具有计算简便,适合于视景仿真驱动的优点,并通过数学仿真验证了方法的有效性。     

基于过失速机动动力学的控制方法

为设计过失速大机动飞行控制律，按飞行的逆稳态模型考虑非线性因素的影响，同时对于陀螺、 惯性耦合效应及重力影响进行补偿，并直接根据飞行品质要求按隐式模型跟踪法设计反馈控制器。初步设计实例证明，这种方法适用于过失速机动动力学特点，能够获得发挥飞机操纵潜能、较好地控制飞机实现过失速机动、具有满意飞行品质的控制解，并且控制结构易于工程实现。算例还表明，即使不加装先进的过失速操纵装置，通过对飞行控制律的改进可以进一步发挥飞机本身的气动潜力，使之在一定的过失速迎角不正常工作。     

基于LADRC的舰载V/STOL飞机短距起飞性能优化

针对垂直/短距起降（V/STOL）飞机在有限的甲板上实施滑跑起飞以及离舰后快速、稳定爬升的实际需要，对其整个过程进行操控优化以提升短距起飞性能。建立了反映多推力矢量操纵特性的非线性动力学模型，其中包含了地面效应模型和V/STOL飞机特有的喷气诱导效应模型。分别以舰面滑跑距离最短和离舰后增速时间最短为优化指标，给出了舰面滑跑和离舰初期的预置多推力偏转方案。在此基础上，提出了一种线性自抗扰反演（LADRC-Backstepping）控制方法，以实现对爬升角不确定非仿射系统的有效控制，其中设计了一种辅助补偿系统来拟制控制量的饱和，同时保证了爬升角跟踪误差的有界性；直接利用一种高阶LADRC方法设计了俯仰角控制器，确保了V/STOL飞机最终以稳定的姿态爬升。仿真结果表明，所提出的"二次预置多推力偏转角+爬升角控制+俯仰角控制"的分段优化操控策略，能够较好地提升V/STOL飞机的短距起飞性能，对内部不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性，可满足实际飞行任务的需要。     

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。     

基于ICAO起降模型的中国机场飞机排污计算研究

结合ICAO机场排放计算方法，在考虑3种主要气体污染物HC、CO和NOx的情况下，提出了适合中国机场飞机排放污染物的计算方法。该方法基于国际民航组织（ICAO）规定的标准起飞着陆（LTO）循环的模型，采用ICAO发动机排放数据库（ICAO aircraft engine emissions databank），通过搜集中国民航机队的飞机／发动机配置信息及所列机场航班计划表，计算出机场污染物年排放量。