基于相似构型决策的舰载机驾驶员建模与评估

舰船运动和舰尾流等复杂海况是影响舰载机着舰难易度和精确度的重要因素，建立驾驶员着舰控制行为模型并构建人机闭环系统是评估复杂海况对驾驶员操纵负荷影响的有效手段。此外，新一代舰载机存在多种构型配置，并且即便是同一飞机其每次开始着舰时也可能处于不同的质量和气动构型下，因此在驾驶员建模中有必要考虑飞机构型变化。针对舰载机着舰操纵负荷评估问题，基于飞行试验手段和频域计算方法，建立了纵向俯仰跟踪的Hess结构驾驶员模型。考虑飞机着舰构型的变化，基于CAP准则和控制扩展方法，构建了舰载机典型构型库，并应用驾驶员在环仿真试验建立了与各飞机构型匹配的驾驶员模型，形成驾驶员模型库。在此基础上，给出了相似构型决策准则和方法，提出了针对指定飞机构型的驾驶员行为模型预测方法。针对舰载机在复杂海况下的着舰任务开展仿真分析，结果表明，本文方法能够支撑研究不同舰载机构型的操纵负荷的影响。     

光学助降系统引导下舰载机着舰人机系统建模

针对菲涅耳光学助降系统(Fresnel lens optical landing system,FLOLS)引导和甲板指挥官(landing signal officer,LSO)指挥下的着舰飞行中,驾驶员对FLOLS光学引导信息感知的模糊特性,基于模糊控制理论建立了舰载机着舰过程的驾驶员感知模型。在此基础上,考虑了驾驶员、LSO和舰载机,以及来自航母、舰尾流的扰动,建立了多源引导的人机系统模型。仿真结果表明了模型的合理性。该模型不仅能用于舰载机的飞行品质和安全性分析,也可以应用于FLOLS的引导灯组设计。     

航母甲板运动对舰载机着舰影响仿真分析

分析了航母运动的主要模式;建立了甲板运动相关模型;分别仿真了在不同海况条件下,航母横摇、纵摇、垂荡运动对舰载机着舰的主要影响;基于仿真结果,分析了影响舰载机着舰安全的主要因素,为改进进舰和着舰操纵方法和引导技术提供参考。     

考虑杆臂效应与挠曲变形的全自动着舰技术

联合精确进近和着陆系统（JPALS）舰载组件旨在为最终进近阶段的舰载机提供自动着舰能力。针对由于舰船杆臂效应与挠曲变形的存在导致舰载机着舰定位精度下降的问题,开发了一种基于卫星引导的全自动着舰非线性化参数误差模型,结合舰船甲板运动及舰载机纵向飞行控制模型,评估舰船结构挠曲和姿态不确定性对着舰落点精度的影响。结果表明,杆臂效应与挠曲变形对着舰落点精度有显著影响,利用建立的误差模型以及飞行控制模型,能够将着舰落点精度有效控制在着舰标准之内。     

基于光学引导下飞行员操纵着舰建模

针对驾驶员操纵舰载机着舰的任务,建立一个在菲涅尔透镜光学助降系统(FLOLS)下的改进的驾驶员模型。在人工着舰时,飞行员驾驶飞机对下滑轨迹跟踪为基础,对驾驶员控制飞机的增益进行自适应控制的改进,对驾驶员在FLOLS光学引导下的视觉感受模型进行模糊控制的改进。结合舰载机动力学特性对舰载机着舰任务进行仿真。仿真结果表明了模型的合理性,可为飞行员操纵着舰提供参考。     

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。     

舰尾流对舰载机复飞边界影响分析

通过研究舰载机在进场着舰阶段的复飞边界条件及安全影响因素,考虑引入初步的航母舰尾流场对复飞轨迹的影响,基于六自由度运动方程建立了舰载机在舰尾流环境下的复飞仿真模型。以某型飞机为例,进行了有无紊流扰动下的舰载机复飞仿真计算,并分析了舰尾流对复飞边界的影响。分析结果可为舰载机复飞边界的确定提供参考。     

F/A-18E/F全自动着舰飞行特性分析

以F/A-18E/F舰载机为对象,针对航迹精确控制和安全性要求,分析了舰载机全自动着舰飞行特性。首先,基于自动着舰控制系统,建立了全自动着舰飞行控制系统的动力学模型;然后,对下滑轨迹纠偏与控制能力、控制器指令响应特性、变换下滑道机动特性进行了仿真分析。仿真结果表明,在全自动着舰安全边界范围内,舰载机能在较短时间内将航迹控制在理想下滑线附近;控制器具有良好的高度变化率、俯仰角、俯仰角速度等状态指令响应特性及控制面指令响应特性;F/A-18E/F变换下滑道机动则需要配合油门完成,说明仅通过平尾控制实现该机动并非安全着舰的必要条件。     

舰载机复飞决策研究

舰载机在着舰下滑过程中,由于恶劣着舰环境影响或飞行员技术失误而有可能严重偏离理想下滑道,若未能及时复飞就会发生撞舰的危险。基于小扰动方程建立了舰载机复飞仿真模型,对影响舰载机复飞包线的因素进行了分析,在此基础上对复飞决策系统进行了算例验证。结果表明:该系统能够及时、准确地发出复飞信号,有效地降低着舰事故的发生,同时,对着舰信号官(LSO)指挥舰载机复飞也有很大的辅助作用。     

油门响应特性对飞行员操纵着舰任务的影响研究

为了研究舰载机小油门响应特性对着舰任务的影响,建立舰载机着舰动力学模型以及驾驶员模型,以此为研究基础,采用自动油门系统(APCS)来分担驾驶员的操纵负荷,提高舰载机着舰的准确性。小油门的响应设计准则为:在油门阶跃输入后1.2 s的时间内使飞机的稳态加速度值达到±0.12g的90%。针对3种不同油门特性进行了飞行员操纵着舰的仿真计算。结果表明,飞机在进入下滑道时达到5 m的高度误差、小油门响应超过1.6 s时,驾驶员操纵舰载机将不能达到着舰要求。     

Multi-body dynamic system simulation of carrier-based aircraft ski-jump takeoff

The flight safety is threatened by the special flight conditions and the low speed of carrier-based aircraft ski-jump takeoff. The aircraft carrier motion, aircraft dynamics, landing gears and wind field of sea state are comprehensively considered to dispose this multidiscipline intersection problem. According to the particular naval operating environment of the carrier-based aircraft ski-jump takeoff, the integrated dynamic simulation models of multi-body system are developed, which involves the movement entities of the carrier, the aircraft and the landing gears, and involves takeoff instruction, control system and the deck wind disturbance. Based on Matlab/Simulink environment, the multi-body system simulation is realized. The validity of the model and the rationality of the result are verified by an example simulation of carrier-based aircraft ski-jump takeoff. The simulation model and the software are suitable for the study of the multidiscipline intersection problems which are involved in the performance, flight quality and safety of carrier-based aircraft takeoff, the effects of landing gear loads, parameters of carrier deck, etc.     

IFSTA自主着舰控制律仿真研究

针对舰载机的自动着舰系统,以IESTA原型机K8飞机为研究对象建立了着舰环境模型,设计了自动着舰控制律,对在着舰阶段的控制作用及影响着舰精度的因素进行了分析和研究,并分别进行了数值仿真和半实物地面仿真验证.研究结果表明,为了使飞机成功完成着舰任务,需满足海况、大气扰动、控制系统带宽频率的最低要求.     

Dynamics Model of Carrier-based Aircraft Landing Gears Landed on Dynamic Deck

In order to study the carrier-based aircraft landing laws landed on the carrier, the dynamics model of carrier-based aircraft landing gears landed on dynamic deck is built. In this model, the interactions of the carrier-based aircraft landing attitude and the damping force acting on landing gears are considered, and the influence of dynamic deck is introduced into the model through the deck normal vectors. The wheel-deck coordinate system is put forward to solve the complex simulation problem of force-on-wheel which comes from the dynamic deck. At last, by simulation, it is demonstrated that the model can be applied to landing attitude when the carrier-based aircraft is landing on the dynamic deck, it is also proved that the model is comprehensive and suitable for any abnormal landing situation.     

基于STAMP/STPA的机轮刹车系统安全性分析

把机轮刹车系统在飞机降落过程中的安全性问题当作系统控制问题,不采用基于故障概率模型的事故模型,而是采用基于系统理论的事故模型和过程(STAMP),构建机轮刹车系统在飞机降落过程中的STAMP控制关联模型和系统理论过程分析(STPA)反馈控制回路。根据系统运行的上下文信息识别机轮刹车系统在飞机降落过程中的不安全控制行为,分析产生不安全控制行为的关键原因。对机轮刹车系统在飞机降落过程中的不安全控制行为进行仿真研究,结果表明了STAMP/STPA的有效性和用仿真方法分析安全性问题的可行性。     

舰载机飞行员驾驶技术与飞行安全研究

针对无法将驾驶技术和飞行安全建立有效定量关联的现状,基于自适应飞机驾驶员最优控制模型,应用飞行员着舰多层次模糊综合评价方法,通过设定不同的飞行员模型参数,参照着舰技能评价体系,建立了飞行员着舰技能样本库.通过多元非线性回归方法,建立了飞行员技能的多元非线性回归模型,并通过剩余标准差和样本比对法证明了这一模型的准确性.可以通过测定上述飞行员参数,运用该飞行技能回归模型,为飞行员选拔提供参考.     

舰载机返航着舰的关键点和关键要素的分解与分析

提出了一种舰载机返航着舰过程的关键点和关键要素的分析方法,将整个返航着舰过程细划为若干关键点或关键区的组合,分析关键点处各关键要素的参考值或安全范围.针对不同着舰环境和不同引导方式,对舰载固定翼飞机返航着舰的复杂过程进行了分类分析,提出关键点和关键要素的选取原则与方法.最后给出了算例舰载机返航着舰中关键点组合实例,以及...     

舰载飞机着舰过程的参数适配特性

 舰载飞机着舰过程的参数适配特性对于着舰安全性有着重要的影响.基于着舰安全准则,研究了无风和平静海况下驾驶员视野、着舰下沉速率和拦阻距离对舰载飞机参数适配特性的影响,给出了一定初始状态下舰载飞机的着舰质量和着舰速度的适配包线,分析了影响最大着舰质量的因素并对适配包线的扩展方法进行了研究.结果表明,适配包线由最小着舰速度和最大着舰速度封闭而成.其中,最小着舰速度主要由驾驶员视野准则决定;对于最大着舰速度,当着舰质量较小时主要由着舰下沉速率准则决定,当着舰质量较大时主要由拦阻距离准则决定;最大着舰质量由拦阻系统性能和驾驶员视野共同决定.通过增大拦阻力、改善飞机的低速气动特性可以有效扩展适配包线范围,增加许用的最大着舰质量,但下滑角大小的改变对其影响不大.     

舰载机全机落震试验方法

舰载机全机落震试验是在实验室环境下测试舰载机着舰时结构动态载荷、动态响应以及机载设备冲击环境下功能可靠性的重要试验手段。本文提出了舰载机全机落震试验的试验方法,并对试验过程中机翼升力模拟、试验件下沉速度控制、试验件航向速度模拟及机体动态载荷测试等试验过程中的关键技术问题提出了解决方案,并通过试验对技术方案进行了验证。最后通过全机落震试验系统验证了试验方法的可行性及有效性,为舰载机着舰动态载荷及响应的测试提供了可行的试验方法,并为舰载机研制提供可靠的试验数据。