舰载机自动着舰引导与控制综述

引导与控制是舰载机自动着舰的关键技术,为此本文对该技术进行综述。给出了舰载机进场航线和几种着舰工作模式,概述了基于跟踪雷达的着舰引导系统和基于卫星的着舰引导系统的工作原理及关键技术,着重分析了自动着舰的几种控制技术,包括控制律设计技术、直接力控制技术、推力矢量控制技术、甲板运动预估与补偿技术、舰尾气流抑制技术、动力补偿技术以及着舰安全控制技术。最后,从多系统集成着舰控制技术、多体制融合着舰引导技术两方面对自动着舰引导与控制技术进行了展望。     

小型舰载无人机侧向自主着舰引导技术

针对无人机着舰性能要求,以国外现役某小型舰载无人机为例,研究其侧向自主着舰引导技术。构建该型舰载无人机侧向自主着舰引导系统,给出侧向自主着舰引导算法,建立无人机动力学和运动学模型,设计侧向飞行控制系统,优化轨迹控制器参数。最后搭建综合仿真平台,完成各模块的分析与测试,实现着舰性能的验证与评估。仿真中,加入舰尾流扰动模型,且舰载无人机初始位置及初始速度方向任意。仿真结果表明,该系统能很好地引导无人机自主着舰,着舰性能符合要求。     

“飞鲨”联训

<正>海军辽宁舰在渤海某海域进行舰机融合训练。新一批歼15舰载战斗机飞行员驾机完成了触舰复飞、阻拦着舰等多个课目训练,并获得舰上起降的资质认证。2012年9月辽宁舰交付海军之后,每年都会选择在春季进行年度首次出海训练,已先后完成舰载战斗机阻拦着舰和滑跃起飞、驻舰飞行、短距滑跃起飞等试验和训练,并完成赴南海试验和训练任务,取得一系列成果。图为歼15舰载战斗机在辽宁舰飞行甲板开展转运作业。     

直升机着舰引导与控制研究进展

随着现代海战向立体化、多层化发展,舰载直升机以其垂直起降、定点悬停等优势成为未来海战武器装备的重要组成部分,而着舰引导与控制是舰载直升机的关键技术。本文对直升机着舰引导技术与着舰控制技术的研究进展进行概述,着重概述和分析了着舰引导技术中的雷达、卫星、视觉、光电引导技术。其次对舰载直升机着舰的环境影响因素、综合流程以及应用现状进行概述分析,最后对舰载直升机着舰技术进行了展望。     

基于Backstepping的无人机自动着舰控制律

针对无人机自动着舰问题,通过对无人机运动学模型分析,以无人机的纵向运动模型为验证平台,论证了Backstepping控制方法应用于无人机自动着舰系统设计的可行性。为了抑制风的干扰,提高着舰精度,设计出基于Backstepping的自动着舰引导系统。通过对所设计的自动着舰导引系统进行仿真。在仿真层面上,该设计能够满足着舰要求,能有效抑制风的影响,具有良好的鲁棒性能。     

先进的目视回收光学助降系统纵向着舰精度

先进的目视回收光学助降系统(Advanced visual carrier aircraft recovery system,AVCARS)是在常规的菲涅尔透镜光学助降系统中加入"肉球"偏移速度的指示信息,以提高着舰时的操纵品质和着舰精度.本文研究了AVCARS光学助降系统的工作原理,给出了其结构配置,设计了飞控系统、飞行员模型和助降控制律,并导出着舰终端误差方程.最后对在典型海浪作用下的AVCARS光学助降着舰导引系统进行了动态仿真验证,计算出了着舰终端误差,为研究舰载飞机着舰精度提供了基本思路与研究手段.     

着舰导引系统H∞控制器设计

舰载机着舰导引误差的最大来源是舰导气流扰动。为抑制气流扰动,提高舰载机自动着舰导引的精度,本文将Ｈ∞控制方法应用于着舰导引系统设计,将导引系统性能要求转化为对Ｈ∞控制分析的结构及权阵的选取。     

舰载机-拦阻器耦合系统动力学建模与仿真分析

拦阻过程是舰载机着舰过程中的核心环节。舰载机的着舰滑跑响应除受舰载机自身特性、起落架缓冲特性影响外,拦阻器的拦阻特性对舰载机着舰滑跑动响应也具有至关重要的影响。本文提出了舰载机-拦阻器联合仿真分析模型的建模方 法,建立了包含完整的MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学模型和某型舰载机动力学模型为一体的舰载机-拦阻器刚柔耦合动力学系统。数值仿真分析结果表明,本文建立的舰载机-拦阻器耦合系统模型能够很好地描述舰载机着舰过程中与拦阻器之间的交互作用特征,舰载机着舰滑跑 数据的计算结果与实验结果吻合。     

直升机在复杂舰面流场中的悬停研究

针对舰面流场非线性、非均匀的特性,把旋翼桨盘离散成空间有限单元,将当地流场风速叠加到叶素剖面相对气流中,改进了叶素气动力计算模型,提高了旋翼载荷的计算精度;采用CFD方法计算了某型母舰甲板上方的气流场,其下冲气流是影响直升机安全的主要因素;计算了UH-60A直升机在该舰甲板4个直升机起降位上方流场中的悬停配平,通过与陆基环境计算结果的对比,分析了舰面流场环境对直升机舰面悬停性能的影响;同时,计算了直升机在舰面流场中的响应,通过对MIL流场模型响应的对比验证了本文计算模型。     

直升机动态着舰流场下的旋翼气动载荷分析

直升机着舰流场复杂多变,严重影响着旋翼的气动环境,进而影响直升机着舰安全。本文基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术建立了一个直升机动态着舰的数值模拟方法,并以此研究直升机着舰过程中的气动载荷变化。该方法以N-S方程作为控制方程,并选取k-ω湍流模型来提高对涡流场的捕捉精度,采用动量源方法模拟旋翼。应用所建立的方法,着重分析了直升机侧弦进场、垂直降落过程中的耦合流场特征和气动载荷变化。结果表明:直升机侧弦进场时旋翼会与甲板舷涡以及舰船艉部的涡回流区发生较强的涡干扰,导致拉力显著降低,在舰面效应的影响下易产生一个附加的滚转力矩,影响直升机姿态稳定;垂直降落时在上述干扰的综合作用下,旋翼拉力呈现出先减小、后增大的特点,各气动载荷在接近甲板时会出现剧烈的波动,加大了着舰风险。     

机库门开合对舰载直升机着舰域流场的影响研究

建立了一个基于纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程的舰载直升机着舰域流场的分析方法。该方法可有效地用于分析着舰域旋翼/机身/舰船之间的相互干扰。在该方法中,空间方向上使用二阶迎风格式进行离散;求解方式采用"压力-速度耦合"方式;网格上运用自适应切割体网格进行划分;旋翼使用动量源模型;不规则海风运动以边界条件形式添加到整个着舰域流场的计算中。应用建立的方法,以孤立舰船流场和旋翼/机身组合流场分别作为算例,进行试验值与计算值的对比并验证了方法的有效性。在此基础上,开展了旋翼下洗流与舰船机库尾流耦合干扰特性的研究。结果表明:机库尾流漩涡的影响区域沿甲板长度方向约为机库高度的3倍;从空气动力学角度分析,打开机库门更有利于直升机安全着舰;直升机着舰过程中,旋翼拉力先减小后增大,机身阻力先减小而后变为负值。     

“飞鲨”归巢

<正>2015年12月,"辽宁"号航母舰机融合训练中,一架全战斗任务状态的歼15舰载机准确地挂住了第2条阻拦索,成功着舰。注意歼15翼下挂载的中距空空导弹和近距格斗导弹。     

舰载直升机在复杂流场环境中的着舰策略

针对直升机着舰过程中的下滑进场环节,从流场 环境对直升机飞行品质影响的角度出发,研究了直升机着舰策略。分析了下滑进场区域的流场分布,研究表明流场的分布与距离甲板的高度相关,高度越低,气流速度均值越大,且下洗气流主要集中在迎甲板风方向的路线区域,对直升机的飞行品质造成影响。分析了不同甲板风（Wind on deck,WOD）条件下直升机平衡状态量,分别从旋翼所需功率、操纵量和机体姿态等方面对进场方式进行了研究,表明合理的进场方式有利于着舰安全。     

直升机载舰空气尾流特性试验方法

舰船空气尾流场对直升机舰上起降安全有很大影响。因此,舰船空气尾流特性研究是机-舰动态配合研究的重要组成部分。笔者介绍了舰船空气尾流场风洞试验、流谱试验和地面模拟试验的方法及部分试验结果,其中的地面模拟试验及热线风速仪在外场条件下的应用是首次进行。     

基于CFD与飞行动力学耦合方法的舰载直升机着舰平衡分析

将计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）模型与飞行动力学模型相结合, 建立了适用于舰载直升机着舰飞行的平衡分析方法。在满足气动力计算精度的前提下,为提高计算效率,CFD模型使用Euler方程作为主控方程,并采用动量源项代替旋翼对其流场的作用。将CFD计算所得气动力对飞行动力学模型计算所得气动力进行修正迭代,并根据牛顿迭代法求解飞行动力学平衡方程,最终求得平衡参数。应用所建立的方法,首先进行了算例验证,以表明方法的有效性;然后着重对舰载直升机着舰飞行进行了平衡计算与分析,为直升机着舰飞行提供参考。     

舰面流场对直升机着舰时悬停操纵的影响

用N-S方程对某型军舰舰面流场流态进行了初步的数值模拟,采用实验数据修正计算结果,并将计算得到的流场叠加到某无人直升机旋翼流场中,初步研究了由于机库等钝体存在而引起的“陡壁”效应对直升机舰面起降时操纵量的影响。最后的计算结果表明,飞行甲板上方由于机库存在引起的垂向气流及其分布对舰载直升机悬停操纵特性影响较大,而侧向分量影响较小。文中着重建立适于工程应用的甲板流场计算简化方法,以用来方便地确定甲板流场和无人直升机着舰时的操纵需求,也可用于舰载直升机起降包络线计算来指导舰载直升机飞行训练     

基于Simulink的某型无人直升机舰面悬停特性分析

应用Matlab/Simulink对单旋翼带尾桨直升机在舰船尾流场中悬停时的平衡特性进行建模和仿真分析.首先采用CFD软件计算SFS2舰在不同风速和风向下尾部甲板上方的流场.然后将其与旋翼流场相耦合,在Simulink软件中建立单旋翼带尾桨直升机舰面起降飞行动力学模型,应用Simulink线性分析工具箱,对某型无人直升...     

着舰过程中风切变对PIO的影响

研究了舰尾风场作用下的舰载机着舰安全性问题。建立了风切变影响下的舰载机模型,研究了风切变在舰载机着舰过程中对驾驶员诱发振荡（Pilot Induced Oscillation, PIO）的影响,研究了重新构型的舵机速率限制器在舰尾风场环境中对PIO的抑制作用。仿真结果表明,舰载机在着舰下滑过程中风切变对PIO的影响有限,但会使舰载机突然出现短暂的“点头”现象,导致驾驶员以高增益操纵飞机,造成作动器速率达到饱和,从而诱发PIO。采用带反馈及旁通的舵机速率限制器与速率限制器前置滤波器相配合,对由飞机操纵系统中的非线性特性引发的PIO有较好的抑制效果。     

视觉着舰中非合作结构化特征匹配算法

视觉全自主着舰具有独立性强、系统结构简单以及测量信息丰富等优点,特别是非合作视觉着舰意义更为重大,但也对参考特征提取提出了更高的要求.为能够实现航母图像中参考定位非合作特征点的稳定、高精度匹配,本文提出一种基于线段检测子(Line segment detector,LSD)直线识别的结构性特征检测与匹配方法,实现对航母...     

某舰飞行甲板区域流场特性的水洞试验

为了满足舰载直升机的需要，南航直升机技术研究所对某舰飞行甲板区域流场进行了水洞试验。本文详述了水洞试验的方法和技术，通过对舰模在各种水速、各种航行偏角状态下的试验，得到了大量照片，并据此对该舰机库后部、飞行甲板上部周围流场进行了分析，得出了在飞行甲板机库门外有一趋于收缩的稳态区，随着流速Ｖ的增大，这一区域变短。稳态区之后很快变为乱流区。从侧面上看，稳态区高度有从降低再向上扩散的趋向。在向右偏航时，