起降容量受限的地面等待模型研究

提出了基于离散事件系统(DES)的起降容量受限的地面等待随机型数学模型,解决了单跑道模型未涉及的多跑道、起降容量相互影响和连程航班等因素的地面等待问题,并给出了模型算法.详细研究了空地等待费用比系数和起降权重系数对地面等待决策的影响.仿真结果验证了模型的有效性.      

基于滚动时域控制的多路径进场航班排序优化

进场航班排序优化是提高进场航班着落效率、减少航班延误的有效方法。基于此，以最大化着落效率为目标，结合多跑道、多航路选择，考虑实际航路点限制，提出了多路径多跑道一体化进场航班排序优化混合整数规划模型。为解决大规模航班排序计算的实时性问题，提出了多航路点滚动时域控制算法。以广州白云国际机场终端区为实例进行验证，采用实际进场航班数据开展计算实验，在尾流安全间隔上，采用RECAT-CN运行标准，计算结果表明：小规模航班架次时（23架），所提模型最大降落时间比先到先服务方法提前55 s，比未优化时提前271 s；大规模航班架次时（104架），仅靠求解器在3 600 s内未找到可行解，所提算法在128.65 s找到解。所提模型和算法有效，可应用于实际航班排序优化。     

基于机场探鸟雷达数据的鸟击风险评估

提出一种实时鸟击风险评估方法.该方法利用机场探鸟雷达获取的实时鸟情信息,通过估计鸟击概率和严重程度实时评估鸟击风险.以飞鸟和跑道位置为自变量建立预估方程,计算鸟击概率.将德尔菲法和层次分析法（AHP,Analytic Hierarchy Process）相结合,建立鸟击严重程度估计模型;该模型充分利用了专家知识和定量计算的优点,称为DAHP模型.为减少该模型中同一层次上参数的个数,将影响评估结果的因素置于一个双层模型中,避免由于同一层次上参数过多造成比较矩阵不满足一致性的问题.本评估方法经过了三跑道的北京首都国际机场仿真数据和单跑道的北海福城机场实测数据的测试.     

飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

基于地面等待的空中流量管理算法研究

针对单机场地面等待问题,根据我国民航系统的实际情况,针对国内目前对此类问题采用的线性规划方法的不足,将其与排队方法相结合,融合了两种方法的优点,形成了一种新的综合算法.根据此算法开发了区域管制放行航空器间隔分配系统,并对北京、广州、上海和武汉等几个大型机场的实际数据作了计算,验证了方法的实用性.      

Galileo卫星导航系统广播Nequick模型及其参数拟合

提出了基于IGRF模型的Galileo广播Nequick模型及其参数拟合算法, 解决了Galileo信号仿真中地理场景映射与地磁坐标下的电离层延时修正参数拟合问题. 应用IGRF模型, 可计算出任意给定位置和时间点的地磁参数以及E层、 F₁层、F₂层的电子密度, 从而计算出Galileo电离层修正参数. 仿真结果表明, 该算法拟合的全球电离层延时与IGS提供的实际观测值基本一致, 仿真精度高于一般的经验电离层模型, 实现了Galileo卫星信号的电离层延时修正参数的精确仿真.      

基于航天器解体事件的空间碎片寿命算法

研究了针对航天器解体事件所生成的空间碎片的寿命计算方法.给出了基于NASA标准航天器解体模型的航天器解体算法.该算法生成的一系列碎片参数,将作为寿命计算的初始条件.总结了现有求解碎片寿命的算法,并提出了一种半分析算法.该算法运用平均根数法的思路,计算了在J2摄动项的影响下,碎片的半长轴和偏心率的变化率;并采用微分积分法预报半长轴和偏心率随时间的变化.为了适应时变大气模型,该算法限制了计算步长.通过与数值法的比较分析了算法的计算速度和精度.选用了3种大气模型:SA76、GOST和MSIS-00,分析了不同大气模型在计算碎片寿命之间的差异.通过与P-78卫星解体事件的实测数据对比验证了整个算法的正确性.      

高速无人机地面变速滑跑转弯方向稳定性研究

高速起降无人机地面滑跑过程中受到轮胎力、气动力、舵面力等多个非线性因素的影响，容易发生转弯失控，在地面打转甚至冲出跑道等严重事故。目前利用分岔理论分析飞机地面滑跑非线性转弯系统稳定性时，都是基于匀速滑跑的平衡态系统，无法分析加减速对非线性非自治飞机地面滑跑系统稳定性的影响。对此，提出利用达朗贝尔原理将非线性动态系统转化为等效非线性平衡态系统进行分岔特性研究。在MATLAB/Simulink中建立无人机非线性地面变速滑跑动力学模型，并基于达朗贝尔原理在系统模型中引入惯性力，将系统转化为等效平衡态系统，进而利用数值延拓法对系统全局稳定性及分岔特性进行求解，分析了无人机变速滑跑过程中加速度对无人机转弯方向稳定性的影响，并对系统出现的鞍结分岔现象、Hopf分岔现象进行分析。通过对3种典型工况下无人机的运动状态和受力进行分析，揭示了无人机地面变速滑跑转弯时发生方向失稳的本质与机理。同时，在加速度单参数分岔分析的基础上，采用开折方法，将前轮转角作为附加参数引入无人机地面滑跑动力学模型，进行双参数分岔分析，讨论了双参数组合对无人机地面滑跑方向稳定性的影响规律，并就双参数分岔过程中新出现的BT分岔、G...     

基于结合力模型的自适应飞机防滑刹车控制

飞机在起飞和着陆过程中刹车系统工作的可靠性和效率的提高,对提升整个飞行周期的安全性有着重要的意义.针对不同的跑道状况(干、湿等)、跑道材质(沥青、软土)或温度等条件下,飞机轮胎与跑道之间的结合力会存在较大差异而直接影响刹车效果甚至有效性的问题,采用与速度相关的动态LuGre摩擦力模型表示结合力,将未知的跑道状态映射到结合力模型参数,通过对模型参数进行估计,达到对跑道状态进行识别的目的.首先建立飞机机体和机轮动力学模型,使用状态观测器对结合力模型中不可测量的内部摩擦状态变量进行估计,并由自适应律获得当前跑道状态对应的模型参数,而后在线求解结合力模型的伪稳态模型得到结合系数最大值及相应的滑移率,将此滑移率作为控制系统的跟踪目标,利用反馈线性化思想构造前馈控制器进行防滑刹车控制,最后通过仿真验证控制效果.     

含单边非完整约束飞机滑跑的建模与仿真方法

当飞机在地面上滑行时,其运动会受到风载荷和不对称刹车力矩的影响.为分析飞机的动力学行为,给出了一种基于非完整非光滑多体系统动力学的建模与数值仿真方法.将飞机视为由机身和前后起落架组成的多体系统,主起落架的轮子为纯滚动,飞机在地面滑跑时考虑前起落架轮子的侧向滑移.飞机在跑道上滑跑的动力学方程由Routh方程导出,用约束稳定化方法抑制约束的漂移.轮与地面间的摩擦模型为库仑摩擦模型并用集值函数描述,以用于判断前轮是否发生侧向滑移.最后通过数值仿真算例分析风载荷和不对称刹车力矩作用下飞机在跑道上滑行的动力学行为.      

基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案

提出了基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案.结合应用特征和流的障碍物检测方式的特点,使用多尺度特征点匹配光流估计方法代替普遍使用的微分光流计算方法,直接对图像序列计算稀疏光流场;利用相关假设,在存在一定导航误差的情况下,对跑道障碍物进行实时检测;同时对跑道障碍物视觉检测方案的误差和适用区间进行了分析;通过自主开发的"无人作战飞机自主着陆实时仿真验证平台"进行仿真,结果显示该方案能够有效检测跑道上存在的障碍物.      

飞机起落架系统动力学建模与仿真

飞机地面滑跑时通过起落架系统与地面相互作用,由于作用于飞机的力和 力矩的变化,起落架将产生一定的缓冲,从而导致飞机滑跑过程中姿态角的改变.为了研究 飞机地面滑跑特性,考虑到滑跑过程中飞机姿态和转动的影响,建立了飞机起落架系统的轮 胎模型、空气油液缓冲模型、起落架走步模型和主机轮刹车装置模型.将建立的起落架系统 模型应用到飞机滑跑的六自由度模型中,分别在防滑刹车和前轮操纵两种情况下进行仿真验 证.结果表明,所建立的起落架系统模型是正确的,为进一步研究飞机地面滑跑特性奠定了基 础.      

无人飞行器自主着舰实时场景的仿真实现

为给垂直起降无人飞行器视觉自主着舰算法研究提供经济可行的解决方案,实现了无人机自主着舰场景的软件仿真以提供算法研究中所需的合格场景图片.基于机器视觉理论,通过分析无人飞行器机载摄像机在自主着舰时考虑了透镜畸变参数的针孔成像模型,给出了无人飞行器着舰靶标的成像公式,并介绍了软件仿真中畸变模型实现时出现的问题及解决办法.为了使仿真图像更逼真,综合考虑了无人飞行器着舰实时场景中所存在的主要干扰,如光照不匀,运动拖影及电气噪声和大气流动和海面悬浮颗粒造成的白噪声等,在C+ +和Windows环境下实现了无人飞行器自主着舰的仿真图像和数据的实时生成.最后展示了部分仿真结果.     

基于数字虚拟飞行的民机侧风着陆地面航向操稳特性评估

基于民机的适航要求,建立了一种基于数字虚拟飞行的侧风着陆地面航向操稳特性评估方法。以着陆滑跑过程中最大机体倾斜角和最大航迹偏移量作为评估的关键参数,依据人机闭环数字飞行仿真计算结果,评估了某大型水陆两栖飞机侧风着陆任务的地面航向操稳特性适航符合性。对于20 kts侧风分量,算例飞机着陆滑跑的机身最大机体倾斜角为3.44°,最大侧向航迹偏差为2.51 m,能够满足适航要求。进一步研究表明,侧风分量大小、道面污染情况均影响侧风着陆的安全性。在干道面上当侧风分量超过30 kts时即会出现地面打转现象;道面污染增加滑跑减速所消耗的跑道长度,同时不利于驾驶员对滑行航向的控制。所提评估方法可应用于民机的概念和方案设计阶段,并为后续开展飞行试验验证等提供理论参考。      

冰雪天气下基于MFOA-KELM残差修正的跑道温度混合预测

道面温度短时精准预测是跑道积冰预警的关键因素之一, 为了解决单一机理预测模型随预测时间延长而造成误差累积的问题, 提出了一种冰雪天气下跑道温度混合预测方法。将跑道温度机理预测模型与核极限学习机(KELM)相结合, 建立一种数据驱动修正残差的跑道温度机理预测模型。针对果蝇优化算法(FOA)收敛速度慢、易陷入局部最小值的问题, 引入权值更新函数和距离扩充因子, 调整果蝇的全局寻优效果, 避免陷入局部极小值。利用改进的果蝇优化算法(MFOA)对KELM的正则化参数与核参数联合优化, 以冰雪天气下跑道温度实际数据为例, 建立基于改进果蝇优化核极限学习机(MFOA-KELM)的跑道温度混合预测模型, 并在不同时间尺度下对该混合预测模型进行仿真测试。实验结果表明:与单一机理预测模型相比, 当预测时长为120 min时, MFOA-KELM混合预测模型的平均绝对误差至少减小了61.43%, 在残差阈值为±0.5℃时, 平均预测准确率为91.25%。可见, MFOA-KELM混合预测模型具有更高的预测准确性, 研究结论显示该混合预测方法能够为机场跑道温度短时精准预测提供新思路。      

基于混合法的月球软着陆轨迹优化

利用混合法思想和人工免疫算法研究了月球软着陆轨迹优化问题.首先建立月球软着陆系统模型并进行归一化处理;然后基于混合法思想利用庞特亚金（Pontryagin）极大值原理推导最优控制律,以伴随变量初值和终端时刻作为优化变量,将终端约束作为罚函数引入评价函数中,将月球软着陆轨迹优化问题转化为非线性规划问题（NLP,Nonlinear Programming）;最后应用引导人工免疫算法（GAIA,Guiding Artificial Immune Algorithm）求解该优化问题.仿真结果表明,GAIA混合算法比直接法的寻优速度快,终端误差小,且可搜索到理论最优轨迹;同时,GAIA混合算法的伴随变量初值收敛范围比间接法大,降低了最优月球软着陆轨迹的搜索难度.     

月球探测器垂直软着陆4D轨道全局优化

提出一种包含动态规划法与共轭梯度法的组合优化算法,求解月球探测器垂直软着陆问题. 其以动态规划法中求得的次优控制变量作为共轭梯度法的初始控制变量,求得更为精确的最优控制变量和最优轨道. 月球垂直软着陆的轨道可以分为两段,即制动段与着陆段. 以燃料消耗量最小为性能指标,采用该组合优化算法分别对两段轨道进行了4D全局优化. 数值仿真结果表明,该组合算法优化精度较高,收敛速度快,稳定性好,可用于机载计算机实时生成垂直软着陆4D轨道,同时还可推广到其他终端时间自由型两点边值问题.