民用飞机驾驶员诱发振荡特性

<正>驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillations,PIO)是一种恶性的人机耦合现象,严重威胁现代电传操纵系统飞机的飞行安全。为了消除PIO现象,必须对其发生原因进行分析和预测。关于PIO的分类以及预测方法,国内外已有许多研究。PIO现象主要分为以下3类:I型PIO是线性的人-机动力学特性不匹配而引起的人-机耦合振荡现象,其发生具有代表性,是PIO研究的重     

用于人机耦合振荡探测的操纵振荡特征确定

为了实现人机耦合振荡的在线探测，提出了适于实时计算的滑动窗口Fourier变换递推算法和与人机耦合振荡相关的飞机操纵振荡特征，并通过人机耦合振荡试飞数据的计算，分析了操纵振荡特征的合理、有效性。最后指出拟进一步开展的研究工作及建议。     

人机闭环耦合振荡预测准则应用分析

根据人机闭环耦合振荡(APC)特点,提出了预测分析APC所用的人机闭环系统数学模型,包括飞机采用的等效系统模型和驾驶员操纵模型。介绍了几种典型的APC预测准则,分析了这些准则的特点和应用范围。以现役某型飞机为算例,应用准则进行了人机闭环耦合振荡预测分析。     

问与答

读者陈林峰问:1、什么是飞行员诱发振荡?答:在人机组合闭环系统中,由于飞行员操纵飞机而引起的非操纵性的持续振荡,叫飞行员诱发振荡,简称诱发振荡,以 PIO(pilot induced oscillation)表示。飞行员诱发振荡事故通常在飞行员完成要求很高的任务时发生。这时,他要集中精力精确控制飞机的航迹,事故往往在使要求很高的任务中断、或需要更高精度时突然     

飞机力提示智能侧杆控制器设计方法

与传统侧杆控制器的作用不同,带力提示的智能侧杆控制器的附加功能是减缓和预防飞机在故障或边界状态下的人机不良耦合,以提高飞行安全性。飞机在故障或边界状态下,具有明显的飞行动力学特性突变的特点,飞机动力学特性突变会引起驾驶员操纵策略的变化。针对这些特点,研究其侧杆控制器设计的理论方法。通过分析飞机动力学特性突变引起的系统时变非线性及其在力提示下的驾驶员行为特点,建立了智能侧杆引导的人机系统模型。在此基础上,基于时变系统的频谱分析和人机系统的品质评价准则,提出了带力提示的智能侧杆控制器设计方法,并给出了详细的设计步骤。通过对飞机故障状态下的仿真,解释了力提示智能侧杆控制器减缓人机不良耦合的机理。仿真结果表明智能侧杆控制器在提高驾驶员控制精度的同时,减缓了人机不良耦合的趋势,从而验证了提出的设计方法的可行性和有效性。     

A值及A准则

俄ЦАГИ在地面飞行模拟试验和飞行试验数据的统计分析基础上,提出了一个频域最佳C*响应操纵灵敏度——A值的概念,并找出了驾驶杆特性(pχ)和静态操纵灵敏度(pny、χny)最佳值与A值的表达式,以及它们偏离最佳值时飞行品质评分(PR)与人机耦合振荡(PIO)评分(PIOR)随相对偏离量的关系曲线。 A 将此关系曲线用于预测评估人感系统相关参数对PIO趋势的影响,称之为A准则。本文从应用的角度详细地进行了计算公式的推导,讨论了准则在推导过程中所采用的假设和其适用情况,重新整理和校核了计算步骤和算例,以便于我国航空界使用。     

纵向“人-机"组合系统的诱发振荡研究

本文介绍实用的驾驶员数学模型,分别研究了人-机械操纵系统（含杆系动态特性、非线性因素）-飞机以及人-控制增稳操纵系统-飞机组合系统的驾驶员诱发振荡问题,驾驶员模型中参数变化茄机械操纵系统中非线性因素对驾驶员诱发振荡的影响。得出的结论对研究人-电传操纵系统-飞机组合系统的驾驶员诱发振荡问题也是有益的。     

质量不平衡对飞机纵向短周期模态特性的影响

本文分析了飞机平尾操纵系统动力学特性和飞机本体动力学特性闭环耦合情况下,由于平尾操纵系统质量分布不平衡引起的反馈增益对飞机纵向短周期模态特性的影响。文中给出了一算例,从计算结果看出:质量不平衡是影响飞机动态特性的一个重要因素,其极性不同,对模态特性的影响也就不同.在飞机设计中,应尽量减少其带来的不利影响。     

助力器非线性引起的飞机纵向-电传操纵系统极限环振荡特性的分析

本文利用描述函数法分析了助力器不灵敏区和速度饱和特性对电传-飞机纵向系统的稳定性影响。分析结果说明NSS工作模态容易发生极限环振荡,PSS工作模态不容易出现极限环振荡。对于静稳定飞机有可能出现高频、小幅和低频、大幅两种自持振荡。在操纵或扰动中,当运动幅值超过某一起始振幅,大幅极限环振荡便会产生。本文给出了NSS工作模态的系统稳定判据和预估自振频率、幅值的解析法;分析了舵机回路和计算机的滞后影响。本文最后简略地提出一些改善极限环特性的措施。     

主动侧杆引导下的Ⅱ型驾驶员诱发振荡抑制

现代飞机采用放宽静稳定性构型和侧杆控制器操纵,使得舵面速率饱和引起的驾驶员诱发振荡（PIO）成为影响飞行品质的一个重要因素。针对舵面速率饱和引起的Ⅱ型PIO问题,设计了主动侧杆人感系统,其弹性系数随着舵面偏转速率饱和的发生而改变,从而达到抑制速率饱和的作用。基于主动侧杆引导下的人机闭环系统模型,仿真分析和飞行品质评价验证表明,基于系统误差在线调整人感系统弹性系数,能够降低舵机速率饱和的程度,改善飞行品质,有效抑制舵机速率饱和引起的Ⅱ型PIO。     

飞机全机主操纵系统疲劳试验故障诊断与分析

针对飞机全机主操纵系统疲劳试验实施操纵载荷及位移协调谱、且与机体疲劳同试的实际情况,研究并提出了基于有效实时加载曲线数据分析的全机系统疲劳试验故障诊断分析方法。故障诊断分析方法应用结果表明:对于飞机全机主操纵系统疲劳试验过程中,涉及副翼平尾方向舵操纵系统疲劳加载以及系统状态各类试验故障的诊断分析均及时有效,从而保证了疲劳试验质量并加快了试验进度。     

直升机人机耦合研究现状与趋势

开展直升机人机耦合研究对于确保直升机飞行安全具有重要意义。简要介绍了飞机/直升机人机耦合、驾驶员诱发振荡以及驾驶员辅助振荡等概念及其关系,分析了直升机人机耦合振荡的诱发原因,总结了其分类及特点。对当前国内外直升机人机耦合的研究现状进行了综述,并对驾驶员建模技术和振荡机理分析方法等研究热点问题进行了分析。最后,指出了未来直升机人机耦合的研究趋势。     

一种基于多操纵面控制分配的IDLC人工着舰精确控制方法

传统舰载机采用纵杆控制迎角,油门杆控制下滑的着舰控制方式存在着操纵通道功能耦合,航迹与姿态耦合,着舰精度不高等多种不足。受舰尾流扰动、航母甲板运动等不利因素的影响,飞行员需要进行高频次的下滑修正操纵,身心负担极重。针对这一问题,在对美军魔毯技术（MAGIC CARPET）系统构成与着舰过程分析的基础上,针对三翼面布局飞机提出了一种基于多操纵面控制分配的综合直接力控制（IDLC）人工着舰精确控制方法。仿真分析表明：基于特征结构配置（EA）解耦设计直接力着舰控制方法能够实现飞机纵向运动长周期模态与短周期模态的解耦、油门通道与纵杆通道的解耦,具有抑制舰尾流扰动、稳定飞机下滑状态、减小操纵负担的功能;而基于多操纵面控制分配的设计方案通过鸭翼正偏增升,不但充分发挥了三翼面布局飞机气动舵面增升控制的优势,还减小了平尾配平出舵量,在一定程度上减小了平尾上偏所带来的升力损失。     

基于CPN的飞机驾驶操纵过程建模及工效分析

驾驶舱人机界面的设计直接关系到飞行员在飞行任务中的操纵表现和飞行安全.分析了飞机驾驶操纵过程中的人机交互特性,基于着色Petri网构建了飞机操纵过程模型并给出了模型的公理化定义.提出了任务可达性,飞行员认知负荷和基于熵值的操纵程序复杂性评估方法,能够实现在驾驶舱设计初期对飞行员认知负荷与操纵过程的分析.结合某型飞机的起飞中断过程给出了操纵过程建模与工效分析实例,表明模型与方法的有效性.     

飞机动力学虚拟样机技术

飞机动力学虚拟样机以研究飞机的动态特性为核心,通过虚拟样机各系统的建模与仿真,在系统开发和运行环境中对飞机的气动特性、控制系统、发动机特性、飞行性能和飞行品质进行分析、评估和研究,支持飞机的需求分析、方案论证、概念设计和初步设计,同时,飞行员可参与在回路中的操纵完成虚拟试飞验证。系统提供分布虚拟战场威胁环境,可在武器平台体系对抗环境中验证和评估飞机的作战效能。利用飞机动力学虚拟样机系统环境还可进行飞机的多学科优化设计。     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

结冰严重破坏飞机的动力学特性，使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显，导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险，易引发飞行事故。为解决此问题，提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法，该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性，可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先，基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界，并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响；其次，利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化，结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法；最后，搭建了飞行仿真训练系统，并以着陆为训练科目，通过与传统迎角安全预警方法对比，得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明，相比于传统迎角限制方法，动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险，且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。     

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。     

飞机平尾结冰检测

<正>飞机飞行时不可避免地受到外界干扰(如风扰动等)的影响。在外界干扰作用下,飞机飞行状态呈现不规律振荡,导致飞行稳定性变差。而飞机结冰后,冰层积聚在飞机表面,改变了飞机气动外形,进而改变了飞行控制参数,往往使飞机稳定性能更为恶化。飞机飞行时,一般均需在操纵系统中加入增稳控制系统,抑制飞行状态振荡,以更好地保持稳定性。飞行控制系统基于飞机的飞行动力学特性设计,需事先已知飞行控制参数。而对于结冰后的飞机,目前的结冰     

民用飞机设计驾驶舱操纵设备的评估

人机工效影响着飞行员操纵飞机的感受,因此在民用飞机设计过程中,对人机工效进行及早考虑是非常重要的。在民用飞机设计的各个阶段,都需要适时邀请具有一定资质的飞行员对驾驶舱的人机工效进行评估。对民用飞机设计中飞控驾驶舱飞行员评估方法进行介绍,对评估的要点进行总结分析,供相关工程设计人员参考。     

飞机含人操作系统中驾驶员控制模型研究

概述了飞机含人操纵系统中驾驶员控制模型的发展,及驾驶员传递函数模型及最优控制模型的应用研究,基于最优控制模型的分析方法,考虑人的预测性,自适应性,并应用智能控制神经网络、模糊控制和预测控制方法提出了新型的驾驶员决策控制模型。进行人机闭环系统性能分析,用以提高人机控制的精确性和驾驶员的操纵品质评价。