民用直升机电传飞控系统适航专用条件分析

先进电传飞行控制系统能够在很大程度上提升民用直升机的操纵性与稳定性,但这种新颖设计给安全性的评估带来了巨大挑战。传统的适航条款可能无法完全覆盖电传飞控直升机的设计特征,需要制定相应的专用条件来判断直升机设计是否满足适航要求。本文围绕直升机电传飞控系统结构交联、操纵权限感知、飞行机组告警、飞行包线保护、指令信号完整性五种专用条件,指出专用条件关注的技术内容;说明条款制定的背景和意义,给出现有的符合性方法及验证技术,并提出直升机电传飞控在型号论证和设计过程中的关键技术问题。本文研究可为民用直升机的适航设计与审定提供一定参考。     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的设备,研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步。在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统。主要完成了模型的建立和仿真;研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统,并进行了调试。通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理,满足飞行品质技术指标要求,半物理仿真结果可真实可靠地反映直升机的飞行过程。     

民用飞机电传PIO杆力特性设计建议

在民用客机的飞行过程中,驾驶员通过驾驶杆对飞机实施操纵,并希望飞机按照所期望的方式飞行。杆力特性设计的目的是通过设计驾驶员操纵力与控制律指令信号的相互关系,使增稳飞机操纵特性满足有关飞行品质规范的要求,这对于预测和抑制PIO具有重要意义。本文总结了杆力特性对PIO的影响规律,通过采用过载指令构型,设计4组不同的杆力梯度进行对比分析。结果表明,在设计民用电传飞机的杆力梯度时,建议严格按照俯仰机动力梯度等级中的的1级杆力梯度要求选取,驾驶员就能够较为轻松、准确地完成俯仰截获任务。     

面向倾转旋翼机的TRC响应类型控制律设计

倾转旋翼机操纵的复杂性对其任务能力提出了较高要求，而设计响应类型可以大幅提高其任务执行能力，减轻飞行员操纵负担。本文设计了倾转旋翼机在直升机模式下的平移速率指令（TRC）响应类型控制律并进行了飞行品质的仿真验证。首先，建立了基于机理法的倾转旋翼机非线性飞行动力学模型，并进行了线性化处理；其次，根据有人直升机飞行品质要求，设计了直升机模式下的TRC响应类型控制律；最后，进行了飞行品质的仿真验证。仿真结果表明，设计的TRC响应类型满足相关品质规范要求，飞行品质达到等级1。通过本文研究，能够显著改善倾转旋翼机在悬停/低速飞行状态下的操纵品质和精确机动能力，减轻飞行员操纵负荷，提升任务执行能力，满足倾转旋翼机近地低速机动飞行需求。     

放宽静稳定性飞机纵向电传操纵系统控制律设计

本文介绍某机纵向电传操纵系统研制中的控制律设计。主要内容有:电传系统控制律构成方式,重点讨论C~*指令控制律和法向过载指令控制律;基本控制律形式确定之后,如何对系统进行校正补偿和增益调参设计;电传系统的功能设计,重点讨论放宽静稳定性和迎角/过载限制功能;最后简单叙述了电传系统对短周期飞行品质的改善和设计计算指标的选取。     

电传直升机俯仰姿态敏捷响应分析

针对影响电传直升机姿态敏捷特性的主要因素进行分析。基于电传直升机的模型辨识及Simulink建模仿真,给出不同的操纵输入及控制律参数下电传直升机姿态敏捷响应曲线及变化规律。根据数值仿真分析结果给出了改进控制律对电传直升机姿态敏捷特性的影响,对电传直升机飞行品质的研究和考核具有重要的意义。     

某型无人直升机悬停状态飞行动力学模型分析

对某型无人直升机悬停状态飞行动力学模型进行了结构框图分解,分析了从操纵输入到状态响应的原理机制,应用美军标ADS一33飞行品质规范评估了该型无人直升机在悬停状态的稳定性、中小幅值姿态变化响应和轴间耦合特性等品质等级,指导了飞行控制律的设计,使闭环后整机飞行品质达到了等级1的要求。     

直升机模型跟踪光传飞控技术研究

本文以某型直升机为对象，构建了基于显模型跟踪控制的直升机4通道电／光传飞控系统的地面验证系统。通过电／光传贴地实时飞行仿真对比验证表明，本文所开发的数字量之间的串行光传技术及模拟量脉冲编码数字化光传技术是可行的，从而为我国直升机由电传向光传系统发展作必要的技术储备。     

电传公务机飞行控制律试飞验证方法研究

飞行控制律适航符合性设计与验证是电传公务机飞控系统研制的重要方面。分析了局方运输类飞机适航规章对飞行控制律设计的指导性要求,研究了以Falcon7X和G650为代表的典型电传公务机三轴控制律和控制律模式转换逻辑的设计特征。基于某型电传公务机"减速板自动收回"的控制律功能验证和"配平飞行期间过渡响应"的模式转换验证,提出了试飞验证试验程序与结果评判标准,阐明了试验结果对运输类飞机适航规章的符合性,为电传公务机飞行控制律适航符合性验证提供了思路与方法。     

电传飞控系统的蒙特卡罗分析与设计

将蒙特卡罗方法应用在一个纵向电传飞行控制系统纵向控制增稳设计和仿真验证过程中。设计过程包括C*模型跟踪最优设计和蒙特卡罗仿真,仿真的目标参数为纵向操纵期望参数(CAP)和延迟时间。在仿真中引入了包括设计因素、大气扰动和气动导数变化等随机因素。仿真结果表明:最优设计在大多数情况下可以满足一级飞行品质要求。影响飞行品质的主要因素是设计因素和大气扰动,特别是C*理想模型自然振荡频率数值过小会直接影响系统的性能,气动导数的变化对系统影响不大。设计过程也表明,蒙特卡罗方法可以有效支持和优化电传飞控系统的设计和验证过程。     

飞行力学和飞行控制试飞技术

为了适应高增益,全权限数字电传操纵系统飞行试验的需要,利用已研制成功的多台地面飞行模拟器和ＢＷ－１纵向,ＩＦＳＴＡ三自由度空中飞行模拟试验机,模型自由飞研究以及具有现代先进水平的机载数据采集记录和地面实时监控系统等设备和技术手段,进行了电传飞机的飞行品质和飞控稳定性等问题的研究,包括试飞输入设计,电传飞机飞行品质,电传飞控系统稳定裕度等。最后,提出了对下一代飞机飞行力学和飞行控制方面需要研究的试飞     

J7L飞机纵向电传系统控制律设计研究

提出了采用现代最优控制理论与经典控制理论协调配合的方法，按ＭＵＬ－Ｆ－８７８５Ｃ品质规范要求，设计了Ｊ７Ｌ飞机纵向电传系统控制律。文中针对原型机某些缺陷采用陷模型跟踪最优二次型方法，设计ＦＢＷ纵向基本控制律，并用常规方法设计动态补偿器，指令通道等环节，从对该机主要飞行状态的评价来看，均达到了ＭＩＬ－Ｆ－８７８５Ｃ规范的一级飞行品质要求，由此可见，这种协调设计方法，对飞行控制系统的设计具有较大的潜力     

电传飞控不同纵向指令形式系统响应特性分析

现代战斗机大都采用带有多模态的电传飞行控制系统,通常在不同的任务模态下,控制系统采用的指令形式不同,飞机对驾驶员的操纵响应也有所不同。文中以电传飞行控制系统中,纵向控制律构型常见的几种指令形式为例,通过理论分析和数字仿真试验方法,分析了不同指令形式下,电传飞行控制系统对飞行员操纵的响应特性,并总结了不同响应特性的指令形式所适合的飞行任务场景。文中分析总结的结果,可为电传飞行控制律设计工作中不同任务模态下,指令形式选择与飞行员飞行任务训练工作提供参考。     

民机电传飞控系统的飞行品质适航性设计与验证

现代民机多采用电传飞控系统，它使飞机的飞行品质发生了改变，但当前的适航规章并不完全适用于采用电传飞控系统的现代民机，因此，有必要对采用电传飞控系统的民机飞行品质的适航性设计与验证进行研究。     

放宽静稳定电传客机纵向短周期品质评定方法

民用客机强调飞行的安全性和舒适性,由于设计与使用的特点,其短周期模态的自然频率、操纵灵敏度与带宽均较低,时间延迟较大,且一般采用不同于军用运输机的控制律构型。提出以军用规范作为参照的电传客机飞行品质评定及适航审定方法,是现代民用客机飞行控制律设计的关键问题。为改善某放宽静稳定构型客机的短周期飞行品质,设计了迎角、C^*和过载构型飞行控制律。按咨询通告AC25-7A所给出的操纵品质等级评定方法(HQRM),采用等效系统评定法、高阶频域法和高阶时域法评定了闭环飞机的短周期飞行品质及适航符合性。结果表明,军用规范条款对时延和带宽的限制对于客机可适当放宽。对于迎角构型,等效系统参数准则、带宽准则和俯仰速率响应准则均适用;过载构型评定应采用等效系统参数准则、俯仰速率响应准则;C^*属非常规响应构型,应采用带宽准则和俯仰速率响应准则评定。     

放宽静稳定性大型客机电传控制律设计

对放宽静稳定性大型客机进行了控制增稳控制律的设计,并完成了相关的仿真验证。通过研究《CCAR-25运输类飞机适航标准》和C*飞行品质评价准则,提出了放宽静稳定性大型客机纵向增稳控制律的设计要求。采用国际上先进大型客机常用的C*构型设计纵向电传增稳控制律,最后对所设计的控制律进行了操纵品质和增稳效果的仿真验证。仿真结果表明,设计的控制律在典型的巡航状态下,电传闭环操纵品质满足Ⅰ级飞行品质;同时在纵向扰动的情况下,有很好的静稳定性,增稳效果满足适航条例的要求。     

基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计

针对LQG/LTR飞行控制律设计中加权矩阵的选取问题,提出了一种基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计方法。以俯仰姿态控制律优化设计为例,首先基于闭环准则选取了满足一级飞行品质要求的参考模型,并基于该参考模型使用粒子群优化算法优化得到了两个加权矩阵,从而得到了卡尔曼滤波器和相应的目标反馈回路。进而借鉴飞机等效系统拟配的方法,优化得到了另两个加权矩阵,从而得到了LQG最优控制器,完成了回路传递恢复的优化设计。仿真结果表明,通过该方法能够快速自动地选取合适的加权矩阵,使得优化设计的LQG/LTR飞行控制律较好地满足了俯仰姿态控制的要求。     

直升机电传飞行控制系统顶层设计技术

顶层设计是电传飞行控制系统关键技术之一，本文从系统总体需求、控制律构型、余度管理三个方面简要总结了直升机电传飞行控制系统顶层设计技术。     

具有边界保护性能的直升机飞-发一体化控制律

针对直升机飞-发一体化控制和边界保护控制问题，提出了一种基于投影算子的新型边界保护控制律设计方法，基于反馈控制概念设计了指令约束器，通过对控制指令进行修正，实现边界保护控制。基于UH-60直升机和T700涡轴发动机的参数，建立了直升机-传动机构-发动机综合系统的数学模型，采用动态逆和线性二次型调节器（LQR）控制理论设计了直升机飞-发一体化控制律，与基于投影算子的边界保护控制模块进行整合形成完整控制律。采用数值仿真检验了控制律的控制性能，仿真结果表明本文设计的控制律能够实现直升机和发动机的综合控制，在高度、滚转、俯仰、偏航通道实现显模型跟踪控制性能的同时，实现了高度变化率、姿态角、姿态角速率和发动机动力涡轮转速边界保护控制要求。     

显模型跟踪控制技术在舰载无人直升机姿态控制中的应用

采用基于模型逆的显模型跟踪控制方法,借鉴ADS-33要求设计了舰载无人直升机俯仰姿态控制律,并进行了仿真验证,较好地解决了舰载无人直升机姿态控制的难题。