人机闭环飞行品质预测准则研究(英文)

在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。为了研究人机闭环飞行品质预测准则,本文首先建立了具有40个飞机构型的飞行模拟实验数据库。利用该数据库中的实验数据,采用插值方法获得预测驾驶员操纵行为特性的数学模型,由此计算得到了描述人机系统闭环特性的指标。文中分析了Neal-Smith准则和MAI准则的特点,通过研究闭环特性指标与实际驾驶员飞行品质评价结果的关系,对MAI准则边界进行了修正,建立了改进的人机系统飞行品质预测准则。最后,利用改进准则进行飞行品质预测,结果表明,改进后的准则能够比较准确的预测飞机飞行品质。     

飞行品质准则与试飞员评述符合性探讨

通过对小型变稳飞机不同状态着陆时的纵向短周期飞行品质评价,详细分析了试飞员评定结果和准则评价结果,得到飞行品质准则评价结果与试飞员评述的符合性,初步探讨了飞行品质准则预测的品质等级与试飞员评分不同的原因,并对部分准则的适用范围进行研究。文中提出的分析方法可用于其他飞机飞行品质评价。     

时域中低阶等效系统方法及其应用

介绍了用低阶等效系统拟配高阶飞机时间反应的新方法，该方法利用飞行试验中收集的飞机输入和输出数据识别飞机动力学特性，以变稳飞机ＮＴ－３３Ａ飞行试验为例，预测和评定了不同构形情况下的有关飞行品质，并与带宽准则估计结果和实际驾驶员评定进行了比较，结果证明该方法适用于飞行试验中飞行品质的评定。     

某型飞机横航向飞行品质研究

在分析横航向飞行品质评估准则和方法的基础上,利用等效系统法对某型先进战斗机进行了横航向等效系统拟配,在时域、频域内验证了拟配结果。按照美军现行的MIL-STD-1797A规范对该型飞机横航向飞行品质做出了评估,重点分析了操纵系统中反馈通道对横航向飞行品质的影响。研究结果对带电传操纵系统的第三代飞机的作战使用与飞行品质潜能的发挥有一定的参考价值。     

基于FFT含有饱和环节的非线性等效系统的方法研究

基于快速傅里叶变换(FFT)方法,对系统的输入和输出信号进行快速傅里叶变换,对含有高次谐波的输出信号进行滤波,得到期望主频率的傅里叶频谱,然后进行傅里叶反变换,求得在各主频率下的幅值和相位.利用MATLAB中的非线性最小二乘拟配方法得到含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的频域等效线性模型.这种方法也为含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的飞行品质评估提供了一种可行的方法.     

小型无人机纵向飞行品质研究

目前针对无人机的飞行品质评估标准缺失,都是参照有人机飞行品质准则对无人机进行评价,而且评价的标准也不统一。通过对某小型无人机增稳前后的性能进行分析对比,验证了有人机飞行品质标准中的CAP准则和带宽准则对小型无人机的适用性,进而提出了小型无人机纵向飞行品质评定方法,对无人机飞行品质的研究具有一定的借鉴作用。     

采用主动控制技术飞机的飞行品质标准研究

本文分析了现有飞行品质标准(GJB185—86)对采用主动控制技术飞机的适用性，并根据主动控制飞机的特点，提出了一些新的设计准则和判据，从不同的角度去评价飞机的飞行品质。     

舵面破损对飞机轴间运动耦合飞行品质的影响

为研究舵面破损对电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的影响,选取了能够反映飞机多轴运动耦合特性的飞行品质评定任务,建立了舵面破损飞机的飞行动力学模型,选取了适用于表征飞机轴间运动耦合程度的特征参数,形成了基于任务的角速率指令式电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的评定方法。采用该方法对具有不同舵面破损程度的算例飞机开展了飞行品质评估试验,得到了能够量化舵面破损对角速率指令式电传控制飞机飞行品质影响的特征参数取值规律。研究结果对于舵面破损情形下飞机飞行安全与作战效能评估等均有一定的理论参考价值。     

飞翼气动布局飞机纵向短周期等效系统参数辨识技术研究

飞翼布局飞机由于其特殊布局形式,飞控系统设计通常采用高增益大阻尼控制增稳方法,同时飞翼布局飞机的操纵面操纵效率非线性显著,涉及多操纵面组合控制以及控制分配,因此,采用常规的杆力或杆位移作为输入指令,多数情况下无法顺利地激励出理想的纵向短周期模态。本文采用迎角指令跟踪法研究飞翼布局飞机的纵向短周期品质,利用Simulink进行创新操纵面布局飞机的闭环仿真系统建模与验证,并通过小型飞翼布局无人机进行飞行试验评估。结果表明,该方法用于飞翼布局飞机纵向短周期品质试飞时,易于激励出其纵向短周期模态,并可实现飞机精确控制。     

短周期运动飞行品质的几种判据

飞机纵向短周期运动是影响其飞行品质的关键因素，根据国外近年来所进行的研究，综合，发纳出六种适用于小迎角飞行的短周期飞行品质标准，基于等效系统的控制期望参数（ＣＡＰ）等准则依然适用，并作了增补；对于不能用低阶系统等效的飞机提出了诸发带宽准则等相应判据，这六种准则各有其侧重点和适用范围，较全面地反映了飞机短周期运动特性，共同完成对飞行品质的评判和预估。     

小展弦比飞翼构型飞机短周期品质评定方法

小展弦比飞翼构型飞机采用无尾翼身融合布局,导致其本体动态特性较差,更依赖于控制系统的作用,早期制定的M IL—STD—1797品质评定准则已不完全适用。通过研究带宽准则和回落量准则的品质边界,提出了一种适用于评定飞翼构型飞机短周期品质的联合评定方法,并可得到较准确的品质评定结果。研究方法和结论对指导此类新布局飞机的初步设计和飞行品质评定等都具有一定的参考价值。     

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。     

基于自适应驾驶员最优控制模型的飞行品质预测

传统飞机驾驶员最优控制模型采用卡尔曼滤波,无法反映飞行员对未知环境的适应能力,在飞行试验中有时存在与飞行员实际评分不一致的现象.为此,采用自适应状态估计理论对传统驾驶员最优控制模型进行了修正,提出了基于自适应飞机驾驶员最优控制模型的飞行品质评估方法.通过对比飞行试验和模型仿真结果表明了这一评估方法的可行性,所采用的修正加权系数得到的评分结果精度更高.研究结果表明,飞行员评分与指标函数加权系数比值相关,采用变化加权系数比值得到的评估结果与飞行员实际评分更为吻合.随着飞机动态特性的变差,这一比值将不断增大,飞行员将投入更多精力进行飞行状态监测,进而导致飞行员降低对飞行品质的主观评价.     

电子飞控飞机的飞行品质适航验证

FAA AC25-7A中的飞行品质评定方法 (HQRM)能够对使用电子飞控系统的民用运输机进行飞行品质评估。分析了HQRM评估程序以及相关适航要求,根据某民用飞机飞控系统功能危险分析,针对单侧升降舵卡阻这一典型故障,提出了在该失效状态下的模拟器飞行品质评估试验程序,分别给出了HQRM和相应军用标准评估方法,对军民评估方法的差异性和一致性进行了分析。研究结果对采用电子飞控系统的现代飞机的飞行品质适航验证具有工程参考意义。     

基于BP神经网络的飞行训练品质评估

为了弥补现有飞行训练品质评估系统存在的不足,本文提出利用飞行员生理信号和飞行操作参数来构建评估指标体系。建立了基于BP神经网络的飞行员飞行训练品质评估模型,通过已完成训练的网络的权值分布计算出各输入指标对最后评分结果的影响,并通过算例分析检验了该模型的可靠性。检验结果表明:经BP神经网络模型训练得到的结果和样本的专家评分基本吻合,选取的评价指标有效,该评估模型能够有效地将飞行员生理信号与飞行训练参数相结合,对飞行员的飞行训练品质进行评价。     

人─机系统动态特性的实时仿真与品质评价

飞机的飞行品质不仅取决于飞机本体动力学特性和驾驶员操纵动力学特性，更重要的是取决于驾驶员─飞机系统闭环特性。通过一名驾驶员在模拟工作台上，完成对某机在不同飞行状态下的俯仰跟踪仿真任务，辨识得出驾驶员操纵动力学模型；对驾驶员─飞机闭环系统数学模型进行数字仿真得出系统动态响应；再按Ｎｅａｌ—Ｓｍｉｔｈ准则评价了该机的飞行品质，并且与按ＭＩＬ—Ｆ—８７８５Ｃ规范要求的飞行品质进行了对比。     

电传系统起飞着陆控制律设计

主要讨论了起飞着陆控制律构型选择的原则，提出了在飞行品质评定时，应采用以等效拟配系统为基础，同时用其它一些参考准则，进行评估和迭代设计，使带电传飞行控制系统飞机在着陆期间具有满意的飞行品质。最后，给出了一个简化的某数字电传系统起飞着陆控制律设计的例子。     

驾驶员模型参数与飞行品质关系的研究

按 Neal-Smith准则要求,探讨了驾驶员模型参数与飞机飞行品质之间的关系。建立Neal-Smith准则的数学表达式,导出系统闭环幅频、相频特性对驾驶员模型参数变化的灵敏度公式,用牛顿迭代法,计算出满足 Neal-Smith准则条件的驾驶员模型参数,得出相应的闭环幅频、相频特性曲线,找得相应的驾驶员对飞行品质的评定等级。用该方法来计算和检查飞机的飞行品质是非常简捷的,且能看到驾驶员与飞行器之间关系是否合适和匹配     

遥控驾驶无人机时间延迟与飞行品质分析

时间延迟是影响遥控驾驶无人机飞行品质的一个重要因素,在有人驾驶飞机飞行品质标准中,存在有效时间延迟和等效时间延迟两种概念以及相应的评估指标。对比有人驾驶飞机时间延迟的概念,分析了无人机时间延迟的组成,从飞行品质的角度出发给出了无人机时间延迟的定义和测量方法。利用飞行试验的手段,在遥控操纵模式下进行了典型试飞任务的试验,并基于试飞数据和试飞员评价,初步给出了时间延迟的试飞评估方法。     

小展弦比飞翼布局作战飞机偏航轴飞行品质评定

依据MIL—STD—1797A飞行品质规范,对小展弦比飞翼布局作战飞机的偏航轴飞行品质进行了评定研究。评定结果表明：由于构型的原因,飞翼布局飞机本体的稳定特性和阻尼特性都较差,因此飞行控制系统对其动态响应特性的调节作用更加明显。稳态配平特性主要受构型的影响,飞翼布局飞机一般不能完全满足飞行品质的要求。由于可控性的设计要求需采用多操纵面的组合操纵,控制分配技术导致某些现有的品质准则需要修改。小展弦比飞翼布局飞机取消了垂尾（方向舵）并采用了新型操纵面（ICE）,在某些情形下对偏航轴操纵效能的需求与常规飞机相比存在较大的差异。总之,在飞翼布局作战飞机的构型设计、飞控系统设计以及飞行品质评定条款的制定、实施中,均需考虑这些新的飞行品质特性。