速率限制舵机描述函数模型研究

基于电传飞行控制系统中速率限制舵机的非线性特征,建立了速率限制舵机的简化模型.提出运用描述函数法建立速率限制舵机的精确正弦描述函数模型、高度饱和与近饱和描述函数模型.将高度饱和与近饱和描述函数模型的频率特性与精确正弦描述函数模型的频率特性进行了对比研究,获得了高度饱和与近饱和描述函数模型的使用域.研究结果可为控制系统中...     

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。     

基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域

结冰导致飞机飞行包线缩小、对飞行安全产生严重威胁,研究结冰后飞机非线性稳定域对边界保护系统的设计和飞行安全的提高极其重要。以某型运输机为研究对象,考虑飞机非线性气动特性建立飞机纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;然后通过流形和正规形理论刻画结冰飞机纵向非线性稳定边界并得到稳定边界的解析表达式,通过仿真的手段验证了正规形理论确定的稳定边界和解析表达式的有效性和准确性。最后,分析了飞机着陆过程中,结冰因子对结冰飞机稳定域的影响以及结冰飞机发生事故的机理。研究结果表明,轻度结冰使飞机非线性稳定域缩小;重度结冰导致飞机稳定性发生改变;在未察觉飞机结冰的情况下,飞行员的常规操纵会使飞行状态超出结冰飞机的非线性稳定域、导致飞行事故。研究结果可为飞机结冰后的边界保护提供一定的参考。     

飞机结冰后非线性气动力建模及动态响应特性研究

当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要.研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力模型的估算方法扩展到非线性气动力模型上,并在结冰后大迎角区域风洞试验数据的基础之上,对失速及过失速区的气动参数变化进行修正.研究了飞机在不同升降舵脉冲信号作用下的动态响应.仿真结果表明,计算结果能够较好地反映飞机在结冰状态下的动力学特性,提出的非线性结冰影响模型能够为结冰条件下研究飞机失速及过失速区域的动力学特性提供理论支撑.     

飞机纵向摆动及飞行安全评估

 在分析飞机纵向摆动特性的基础上,建立了考虑非线性与随机性的人机闭环系统模型;提出了用双指数函数分布法确定驾驶员排除某事件引发纵向摆动的条件概率的计算方法,采用马尔可夫链建立了飞行安全评估模型;最后给出了算例。     

尾流飞行风险概率拓扑图的构建方法

考虑尾流遭遇情形下的不确定性与随机性因素,利用蒙特卡洛法对三维空间内的每个尾流遭遇点进行大数据量的仿真实验,提取了尾流遭遇情形下的三维极值参数,验证了一维的极值参数符合广义极值（GEV）分布;提出了三维极值参数的四参数变权重Copula（FPAVW Copula）模型,拟合优度检验的结果表明FPAVW Copula具有比其他Copula更高的精度;利用FPAVW Copula对尾流场内每个网格采样点上的三维极值参数进行了辨识,计算出了尾流空间的风险概率指标分布情况;在此基础上对尾流风险概率拓扑在不同发展阶段的结构特征进行了分析,构建了可视化的二维及三维风险概率结构图,可用来研究尾流场内的风险规避策略及算法.所提方法及思路亦可对其他内外部环境因素影响下的飞行风险概率评估及拓扑结构可视化等热点研究方向提供参考.     

基于粗糙集的空战效能多指标综合评估模型

 根据现代空战的特点,构建了空战效能评估指标体系,由于超视距空战和近距格斗是现代空战的两个主要模式,因此在指标体系中分别引入了与这两种模式直接相关的分项能力,并且给出了各分项能力的计算模型,针对以往效能评估的多指标综合评价模型中权系数确定的主观性问题,应用粗糙集理论对第3代战斗机的各种指标数据进行挖掘,利用信息熵概念求得各指标的属性重要度,并归一化处理为各指标的权系数,克服了传统权系数确定方法的主观性。最后,建立了空战效能评估的多指标综合评价模型,通过实例计算验证了该模型的有效性。     

Gap准则在Ⅱ型PIO预测中的应用

针对Ⅱ型PIO(Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战斗机飞行安全的问题,提出运用Gap准则对纵向Ⅱ型PIO进行预测.建立了舵机速率限制的正弦输入/三角输出描述函数模型,改进了Neal-Smith驾驶员模型.提出运用描述函数法研究Ⅱ型PIO的产生机理,推导了非线性人机系统失稳公式,得到了Gap准则的一般计算方法.应用Gap准则对某型飞机纵向Ⅱ型PIO敏感性展开了研究,并进行了时域仿真验证.结果表明:Gap准则物理意义明晰、结果直观、计算高效,能有效地预测Ⅱ型PIO的发生.研究结果可为先进战斗机飞行控制系统的设计提供重要理论依据.     

基于试飞员操纵特性的试飞科目风险定量评估

基于"试飞员-飞机-环境"系统仿真,对飞行试验科目中的高风险动作科目进行风险定量评估研究,提出了一种基于试飞员操纵特性的风险定量评估方法。研究了试飞员操纵行为参数的随机性模型,对其进行分布假设检验后得到操纵特征参数的概率密度函数,运用仿真计算安全操纵裕度,求取试飞员的操纵风险概率。以GJB 626A-2006中的自动驾驶仪低限高度自动拉起科目为例,验证了该方法的可行性和实效性。研究结果可为制定特情处置方案、提出试飞员操纵建议和飞行安全改进措施提供理论参考。