驾驶员诱发振荡预测方法应用研究

随着电传操纵系统在战斗机和民用运输机上的运用,驾驶员诱发振荡现象逐渐增加,对现代航空飞行安全构成直接威胁.介绍了Ⅰ型和Ⅱ型PIO的多种预测准则,重点研究了Ⅰ型PIO预测准则中的A准则、带宽准则和Neal-Smith准则,并对多型飞机的PIO趋势进行了预测.计算结果表明:A准则、带宽准则和Neal-Smith准则是预测PIO的有效方法.     

某型飞机的PIO预测计算与分析研究

介绍了几种危及飞行安全的驾驶员诱发振荡(PIO)的预测准则，它们是美军标准则、Smith—Geddes准则、带宽准则、尼尔一史密斯准则、回落准则、增益／相位角准则和ω180／平均相斜率准则，并用这些预测准则对某型飞机进行PIO预测计算与分析。     

在速率限制情况下获取人—机特性

自从X－15飞机在进场着陆阶段出现驾驶员诱发振荡（PIO）以来差不多有40年了，速率限制就一直成为引起PIO现象的常见因素。遗憾的是，由于缺乏有效的飞行试验数据，使得对由速率限制引起的PIO研究受到了限制。在1990年初，美国海军进行了一项F－14飞机模拟双液压故障时的操纵品质评价。在这种情况下，F－14飞行员必须依靠速率被大大限制的备份飞控模块（BUFCM）。尽管在编队飞行中操纵得心应手，量严重的PIO困境着空中加油和有偏着陆的飞行尝试。由于评价飞机当时装有完善的测试仪器，因而建立了完整的数据库。数据段包括扫描、加油对接、对接跟踪和有偏着陆。数据的频域分析揭示出在速率限制情况下可以提取到包含重要操纵品质的人－机系统特性和PIO准则，并且观测到期望幅值减小、相位延迟增加以及监视与速度限制有关的输入振幅。通过检查飞行员杆力输入的功率谱密度，能确定PIO频率和任务带宽。最终证明，在加油对接和跟踪任务方面由速率限制引起的过大的相位延迟导致了PIO。     

驾驶员诱发振荡预测准则有效性分析

为了科学防控驾驶员诱发振荡(PIO)问题,减少飞行事故或事故症候的发生,各国研究者提出了诸多PIO预测准则。为了分析典型PIO预测准则的有效性,提出了狭义成功率和全局成功率的概念。综合运用安全性指标、非保守性指标等,对比分析预测准则的评估结果,选择出有效性较好的预测准则,为PIO预测准则的适用性和飞行模拟试验提供参考。     

基于速率限制的Ⅱ型驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为电传操纵飞机发生驾驶员诱发振荡（PIO）的主要原因。在新机设计中,随着复杂性的提高,预测PIO变得更加困难和重要。以人一机系统为研究对象,讨论速率限制对系统的影响,重点分析验证基于速率限制的Ⅱ型PIO的开环发生点（OLOP）准则的评估方法。针对不同飞行状态下的飞机纵向运动模型,使用两种驾驶员控制模型,在不同的驾驶员输入、不同速率限制条件下进行数值仿真试验研究。结果表明：OLOP准则是有效的评估工具,杆振幅因素对评估结果的影响较强。     

Gap准则在纵向Ⅱ类驾驶员诱发振荡预测中的应用

研究了Gap准则,建立了速率限制舵机的描述函数模型、改进的Neal-Smith模型,介绍了描述函数法研究I类驾驶员诱发振荡(PIO)的机理,得到了Gap准则在预测纵向I类PIO中的计算方法。并应用Gap准则对飞机纵向I类PIO进行了预测,结果表明Gap准则能够有效的预测纵向I类PIO。     

俯仰轴飞行品质的PIO准则计算

由于新技术的采用,现代飞机出现驾驶员诱发振荡(PIO)现象大大增加,因此PIO已成为危及飞行安全的主要因素之一。介绍了MIL—STD—1797A规范中的PIO预测准则和美国“人机耦合对飞行安全影响委员会”提出的准则,论述了这些准则要求的背景、机理和计算方法,最后以某机为例进行了PIO预测计算和分析。     

Neal-Smith准则改进分析

驾驶员在环振荡判定准则较多,其中Neal-Smith准则的应用较为普遍.但Neal-Smith准则并不能准确反映PIO趋势,与驾驶员评估结论也存在一定差异.根据Neal-Smith准则进行飞机纵向驾驶员在环振荡分析的基本方法与程序,结合系统频域响应估算工具,分析得出满足系统性能要求的驾驶员相位补偿和增益区域,并基于该区域面积定义了新的PIO判断准则.与现有Neal-Smith准则相比,新的PIO判断准则可反映一类和二类PIO趋势随闭环系统参数的连续变化情况.     

一种基于小波分析的时变飞行品质准则

Ⅲ型驾驶员诱发振荡(PIO)是由飞机特性突变引起的人机不良耦合,具有非线性、时变等特点,对现代飞机的飞行安全构成严重威胁。为了研究Ⅲ型PIO问题,介绍了一种基于小波分析的时变飞行品质准则。该准则采用小波分析方法计算驾驶员输出的能量峰值和飞机被控对象的相位滞后两个特征参数,对时变人机系统进行了飞行品质评价。驾驶员在环仿真试验结果表明,该准则不仅能够预测PIO的发生,尤其是Ⅲ型PIO,还能够给出估计的PIO发生时间。研究成果可为Ⅲ型PIO的分析提供有效手段。     

基于序列二次规划的PIO易感性时域评估方法

时域Neal-Smith准则是评估PIO易感性比较理想的量化准则,但驾驶员的自适应特性给该准则的使用带来了困难。以某机型为算例,将序列二次规划算法应用于时域Neal-Smith准则,对其PIO易感性进行了评估。评估结果表明,将序列二次规划算法用于时域Neal-Smith准则来评估飞机的PIO易感性是可行的。     

民用飞机适航取证中的APC/PIO评估方法

总结了MA600飞机在适航取证过程中所做的APC/PIO研究与评估工作。根据APC/PIO产生的机理及类型,理论分析了MA600的APC/PIO易感性及可能发生的类型;选择适合于运输机的预测准则,对纵向和横向的APC/PIO易感性进行了评估和分析;制定了试飞大纲,由试飞员在全动飞行模拟器上完成了试飞任务,并对其APC/PIO趋势做出了评分和评语;最后,对试飞数据进行了分析,所得结果与理论分析结果、准则评估结果及试飞员评语一致,表明MA600飞机没有发生APC/PIO的趋势,满足适航条例对APC/PIO的要求。     

舰载机着舰下滑过程中的PIO趋势评估与防范

为了研究舰载机着舰安全性,首次提出了舰载机的驾驶员诱发震荡（PIO）问题,结合对陆基飞机飞行员诱发振荡的研究成果,分析了舰载机与陆基飞机在该问题上的异同点,构造了速率限制器前置滤波器来改进控制回路中的舵机速率保护结构,重点对舰载机着舰下滑过程可能发生PIO情况进行了仿真分析,并利用史密斯准则评估了过程的振荡趋势,说明了下滑过程发生PIO对着舰安全的影响,同时验证了所提出的防范方法的有效性。     

Ⅱ型PIO反馈与前馈抑制系统对比

 当舵机速率限制饱和时会产生附加时延,恶化飞行品质,触发Ⅱ型驾驶员诱发振荡（PIO）。运用描述函数法研究速率限制反馈（RLF）和死区增稳（DASA）Ⅱ型PIO抑制系统的开环相位补偿能力,提出RLF抑制系统的参数优化选择方法,分析了DASA抑制系统中死区和滤波器参数对相位补偿能力的影响。研究了两型抑制系统对正弦与偏差输入信号的开环响应特点。建立了含速率限制器的人机系统数学模型,基于描述函数法探究了Ⅱ型PIO的产生机理,推导了抑制Ⅱ型PIO发生的公式,应用连续信号相位补偿法抑制Ⅱ型PIO的发生。对阶跃、离散和正弦3种易于诱发PIO现象的跟踪任务进行数值仿真,对比了两种抑制系统的Ⅱ型PIO抑制能力。结果表明,反馈型RLF抑制系统对Ⅱ型PIO的抑制能力强于前馈型DASA抑制系统,有效降低了Ⅱ型PIO发生的可能性。     

驾驶员模型对驾驶员诱发振荡评估结果的影响

在飞机设计中,应用不同的驾驶员模型来预测驾驶员诱发振荡(PIO)是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。以人-机闭环系统为研究对象,以某一电传飞机为例,采用Ⅱ型PIO的开环发生点OLOP评估准则,分别使用增益驾驶员模型和修正Neal-Smith驾驶员模型对人机闭环系统中的PIO易感性进行了分析、评估,对比研究了不同驾驶员模型对OLOP评估准则评估结果的影响。仿真结果表明:不同的驾驶员模型对Ⅱ型PIO评估准则(OLOP)的评估结果有较大的影响,相同驾驶员模型下不同的驾驶员增益对评估结果也有影响。在使用OLOP评估准则时应充分考虑驾驶员模型对评估结论的影响。     

引入杆位移抑制滤波器的驾驶员诱发振荡防范方法

对人-机闭环系统进行数学建模,基于 Neal-Smith频域准则,对建立的模型进行参数匹配。在该模型条件下,以对驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation,PIO)现象的产生机理及诱发因素的研究为基础,深入探讨了在恶劣环境下 PIO的防范方法,并利用 Neal-Smith频域准则对该防范方法进行评估。通过开环特性和闭环特性分析,确立了引入杆位移抑制滤波器的方法来有效抑制 PIO的发生,为飞机设计研制过程中有效防范 PIO提供借鉴和参考。     

运输类飞机PIO试飞方法研究

基于CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》要求,结合FAA咨询通告AC25-7C《运输类飞机合格审定飞行试验指南》,叙述了驾驶员诱发振荡(PIO)的分类,以及运输类飞机PIO的合格审定试飞要求,分析了PIO试飞方法、试验点的选取原则、试飞评定准则、注意事项和风险规避措施等,可为民用飞机的PIO试飞提供参考。     

神经网络模型在TDNS准则中的应用研究

时域Neal-Smith（TDNS）准则源于频域Neal-Smith（FDNS）准则和阶跃目标跟踪准则,被广泛应用于纵向驾驶员诱发振荡（PIO）趋势的预测研究。在该准则采用的人机闭环系统中,广泛运用结构简单且能反映飞行员基本行为特征的拟线性驾驶员模型。但在实际情况中,驾驶员的行为通常具有高度的非线性,为了更精确地描述驾驶员的非线性特性,采用神经网络方法建立驾驶员模型。利用某机的试飞数据对神经网络进行了训练和测试,生成了神经网络模型。针对TDNS预测准则,建立了相应的仿真模型,通过仿真运算,得到了该飞机的P10预测结果。研究表明：相对于传统的驾驶员模型,神经网络模型能够更好与真实驾驶员相匹配;在TDNS评估准则中运用神经网络模型具有实际的意义。     

基于速率限制的二类驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为引起电传飞机驾驶员诱发振荡问题的主要原因。以人-机系统为研究对象,探究了驾驶员诱发振荡产生的机理,建立了人-机系统驾驶员模型和飞机模型,揭示了速率限制因素对人-机系统稳定性的影响规律,评估了基于速率限制的二类PIO的OLOP预测准则。该准则能否作为二类PIO评估准则进行了严格审查,评估了作为设计工具的潜在性。     

人-机系统纵向动态特性的研究——PIO问题研究方法的探讨

本文根据PIO问题研究的需要,考虑到操纵系统非线性（间隙和摩擦等）对PIO问题影响的严重性,推导了包括非线性环节在内的,驾驶员-操纵系统-飞机本体组合系统的纵向动态结构图,并用DMJ-3A电子模拟计算机,以某歼击机低空大速度正常状态（力臂处于小臂）和故障状态（力臂处于大臂）为例进行了模拟计算。计算结果与飞行实践是一致的。从而初步说明作者提出的结构图（即PIO计算方法）既是可信的,也是具有实际分析使用价值的。     

电传直升机人机耦合振荡特性研究

为了分析研究电传直升机的人机耦合振荡特性,将直升机操纵/响应模型与驾驶员诱发振荡(Pilot Induce Oscillation,PIO)判定准则模型相结合,建立了一种适用于电传直升机的PIO预测方法。首先对建立的方法进行了飞行试验验证,然后应用该方法着重开展了PIO参数敏感性分析研究,得到了对降低PIO趋势有指导意义的结果。