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。     

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。     

主动侧杆操纵的人机特性评价方法

建立了一种主动侧杆的人机系统控制模型,基于Hess的结构驾驶员模型,提出一种研究主动侧杆引导方式下,人机闭环飞行品质评价及PIO预测的方法,并与试验结果进行比较,以验证其合理性.用该评价和预测方法,进一步分析了主动侧杆在反馈俯仰角和俯仰角速度的构型下对飞行品质的影响.结果表明,主动侧杆反馈参数与被控对象特性密切相关,对于难以控制的被控对象,主动侧杆反馈俯仰角速度能取得更好的效果.     

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学特性和驾驶员操纵动力学特性，更重点的是取决于驾驶员－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。     

空中加油机人机闭环系统特性分析

针对空中加油任务中加油机人机闭环系统特性研究不足的问题,设计了基于模型参考动态逆算法的加油机控制律。通过地面模拟试验平台模拟加油机空中加油任务,采取时域数据分析方法建立了加油机纵向及横侧向结构驾驶员模型,分析了加油机闭环飞行品质评定方法。研究结果表明:补偿控制结构驾驶员模型能够准确地体现空中加油任务中驾驶员的操纵特性;Hess提出的人机闭环品质评价指标函数能够有效评估空中加油任务中加油机的飞行品质。     

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。     

驾驶员—飞机系统特性的匹配分析

飞行品质好的飞机始终要求飞机的动力学特性与驾驶员操纵的动力学特性之间有高度一致的配合，本文以某电传操纵飞机为例，仅研究在驾驶员完成飞机俯仰跟踪任务时，在满足Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ准则条件下，驾驶员和飞机参数之间的匹配关系，以及系统特性与飞行品质之间的联系。     

基于人在回路的直升机着舰控制律设计与仿真

有人直升机精确着舰是亟待解决的一项技术难题.面向着舰任务需求,本文构建了人机一体式仿真模型,选取典型着舰任务科目基元(MTE).人机仿真模型包括驾驶员模型、直升机飞行动力学仿真模型、不同构型下直升机飞行控制律以及包括舰面环境综合仿真模型.上述模型在统一的仿真空间内定义并互相进行交联,可有效地对着舰任务中的人机闭环系统进...     

变稳飞机飞行模拟中的相似性匹配技术

针对在空中飞行模拟中变稳飞机与模型飞机的差异导致模拟逼真度下降的问题,提出一种相似性匹配技术,使驾驶员感受到一个更为接近模型飞机响应的飞行动力学特性.从理论上研究相似匹配技术,推导出合适的模型状态的转换逻辑;将转换逻辑加入到数值仿真试验和人机闭环地面试验中对其验证.结果表明,通过采用相似性匹配技术和调节跟踪参数值,整体跟踪效果得到改善,模拟逼真度得到显著提高.     

多发飞机着陆进场最小操纵速度人机闭环仿真

为了提高着陆进场最小操纵速度(VMCL)的分析预测精度,提出了一种通过人机闭环数学仿真来计算多发飞机着陆进场VMCL的方法。考虑临界发动机突然停车后拉力的衰减过程、驾驶员意识到发动机失效后采取操纵的时间延迟,以及符合VMCL验证试飞操纵特点的驾驶员模型,建立了能够真实模拟VMCL验证试飞过程及驾驶员操纵策略的某型四发螺旋桨飞机人机闭环仿真数学模型。仿真结果表明,该方法可以准确模拟VMCL验证试飞时发动机衰减特性、舵机动态特性、驾驶员反应延迟等因素的影响,以及飞机各运动参数的动态变化过程。     

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。     

飞行控制律对体自由度颤振特性影响试验

飞翼飞机易发生刚体短周期模态与机翼低阶弯曲模态耦合所致的体自由度颤振。飞行控制系统对飞机的短周期模态特性影响很大,因此考虑飞行控制系统的闭环体自由度颤振特性值得进一步研究。针对自主设计的颤振模型开发了相应的俯仰姿态保持控制律,综合运用风洞试验和仿真计算开展了相关研究,获得了不同刚体自由边界条件下的开环/闭环体自由度颤振特性,研究了闭环增益对体自由度颤振特性的影响规律,简要分析了影响机理。试验和仿真计算结果共同表明：俯仰姿态保持控制律明显地改变了俯仰模态阻尼的原有走势,闭环后的体自由度颤振特性变化明显。以开环颤振速度为基准,采用较小的比例回路增益K_P或较大的微分回路增益K_D,飞行控制律能增加飞行器俯仰阻尼,提高体自由度颤振速度,反之飞行控制律将导致颤振速度降低。就本文控制律而言,当K_P<0.07或K_D>0.2时俯仰姿态保持控制律能起到抑制体自由度颤振的作用。     

作动器速率饱和时的PIO抑制方法

 作动器速率饱和会产生附加的时间延迟, 使系统稳定性大大降低, 并增加了驾驶员诱发振荡( PIO) 的趋势。为防止作动器速率饱和, 在飞控系统中一般设置了软件速率限制器。对比分析了3 种软件速率限制器, 探讨了它们的开环和闭环特性, 从研究角度出发, 提出了某型飞机在出现低液压故障情况下的PIO 抑制方案。非线性六自由度仿真结果表明, 该方案明显改善了算例飞机在严重低液压故障时的动态响应, 降低了PIO 趋势。     

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

考虑到飞机带冰飞行的安全问题，对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点，提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入，获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型，采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律，通过在动态逆环节引入单隐层神经网络，对不确定性逆误差进行自适应补偿，增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度，设计自动油门控制系统，实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明，所设计的结冰边界保护系统，能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。     

控制器非线性对飞机纵向飞行品质的影响分析

针对飞机控制系统执行机构具有非线性这一特点,选用某歼击机作为研究对象,分析各类非线性环节对飞机纵向短周期特性的影响。首先分析了死区、间隙和速率饱和等非线性环节的基本特性,建立了相应的包含非线性环节的飞行动力学模型,然后,基于Chalk准则计算不同非线性参数下的飞行品质指标,进行飞行品质评价。通过对不同飞控系统构型的对比研究,探讨了执行机构非线性对飞行品质的影响。研究结果表明,各非线性环节都将对系统的快速性产生不利影响,使系统有效上升时间增加,相位延迟增加。其中,间隙还会造成系统阻尼减小,可导致系统不稳并出现极限环振荡。     

现代飞机俯仰跟踪时诱发振荡预测分析

根据飞机纵向ＰＩＯ的特点，提出了预测分析ＰＩＯ所用的人－机闭环系统数学模型，其中飞机采用等效系统数学模型，驾驶员操纵采用ＭｃＲｕｅｒ模型，参数按地面人－机模拟飞行跟踪试验确定，集中介绍了四种飞机纵向ＰＩＯ预测准则，Ｓｍｉｔｈ－Ｇｅｄｄｅｓ准则，修正带宽准则，增益，相位裕度准则，Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ原则，并提供了相应的计算方法。     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的设备,研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步。在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统。主要完成了模型的建立和仿真;研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统,并进行了调试。通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理,满足飞行品质技术指标要求,半物理仿真结果可真实可靠地反映直升机的飞行过程。     

有侧风时某验证机着陆品质分析

以刚体系动力学理论为基础,建立飞机、起落架六自由度全量非线性方程,根据有侧风时着陆过程中驾驶员的操纵特点,提出比较符合实际情况的操纵逻辑,以及用3个单轴操纵的驾驶员模型,通过采用分时采集、分时处理飞行状态信息和分时操纵的方式,将它们有机地综合成~个同时做三轴操纵时的驾驶员模型。最后,对所建立的人-机闭环系统模型编制了相应的仿真软件,并对某验证机进行了着陆品质分析,其结果与试飞情况比较吻合。     

Virtual flight test techniques to predict a blended-wing-body aircraft in-flight departure characteristics

As one of the promising configurations of the next generation of commercial aircraft,research on departure characteristics of the Blended-Wing-Body(BWB) is of great signification to safe flight limits. A three-degree-of-freedom(3-DOF) virtual flight test in a wind tunnel has been implemented for a candidate configuration to predict the departure characteristics. The support mechanism, the test model and the control law of the virtual flight test are introduced. In order to show the relationship ...