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。     

Neal-Smith准则改进分析

驾驶员在环振荡判定准则较多,其中Neal-Smith准则的应用较为普遍.但Neal-Smith准则并不能准确反映PIO趋势,与驾驶员评估结论也存在一定差异.根据Neal-Smith准则进行飞机纵向驾驶员在环振荡分析的基本方法与程序,结合系统频域响应估算工具,分析得出满足系统性能要求的驾驶员相位补偿和增益区域,并基于该区域面积定义了新的PIO判断准则.与现有Neal-Smith准则相比,新的PIO判断准则可反映一类和二类PIO趋势随闭环系统参数的连续变化情况.     

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。     

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。     

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。     

引入杆位移抑制滤波器的驾驶员诱发振荡防范方法

对人-机闭环系统进行数学建模,基于 Neal-Smith频域准则,对建立的模型进行参数匹配。在该模型条件下,以对驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation,PIO)现象的产生机理及诱发因素的研究为基础,深入探讨了在恶劣环境下 PIO的防范方法,并利用 Neal-Smith频域准则对该防范方法进行评估。通过开环特性和闭环特性分析,确立了引入杆位移抑制滤波器的方法来有效抑制 PIO的发生,为飞机设计研制过程中有效防范 PIO提供借鉴和参考。     

驾驶员模型对驾驶员诱发振荡评估结果的影响

在飞机设计中,应用不同的驾驶员模型来预测驾驶员诱发振荡(PIO)是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。以人-机闭环系统为研究对象,以某一电传飞机为例,采用Ⅱ型PIO的开环发生点OLOP评估准则,分别使用增益驾驶员模型和修正Neal-Smith驾驶员模型对人机闭环系统中的PIO易感性进行了分析、评估,对比研究了不同驾驶员模型对OLOP评估准则评估结果的影响。仿真结果表明:不同的驾驶员模型对Ⅱ型PIO评估准则(OLOP)的评估结果有较大的影响,相同驾驶员模型下不同的驾驶员增益对评估结果也有影响。在使用OLOP评估准则时应充分考虑驾驶员模型对评估结论的影响。     

飞机着陆下滑状态人-机系统动态特性分析

采用最优控制驾驶员模型在频率域内分析是理论评价电传操纵飞机着陆下滑状态飞行品质的一种有效方法。基于人 -机系统响应特性可揭示出驾驶员工作负荷和系统动态特性之间相互影响。驾驶员相位补偿作为驾驶员工作负荷的度量 ;取人 -机系统闭环带宽、开环高频峰值和飞行轨迹倾角误差均方值等指标来评价系统动态特性。这些评价准则与驾驶员主观评分之间具有很好的相关性。应用该方法对某电传操纵飞机进行分析 ,其结果与飞行模拟评价结果较为一致     

人机闭环特性试飞研究

人机闭环特性是飞机飞行品质验证的一个重要组成部分.以某型飞机为例,在试飞中采用俯仰倍脉冲、俯仰阶跃和驾驶员纵向扫频验证了GJB8785C中的Gibson准则和驾驶员在回路中的准则,用粗略截获、精确跟踪、双机编队等飞行方法,通过驾驶员评述和HQR评分系统,对现代军用飞机的人机闭环特性进行了验证和分析.     

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。     

飞机纵向驾驶员诱发振荡灵敏度分析

采用系统灵敏度理论，以修正的带宽准则，增益和相位裕度准则以及Ｎｅａｌ－ｓｍｉｔｈ准则等飞机纵向驾驶员诱发振荡（ＰＩＯ）预测准则作为系统指标，建立了参数变化对诱发振荡预测指标影响的灵敏度公式，以ＪＪ７飞机为例，给出了飞机，操纵系统及驾驶员参数上述指标影响的灵敏度，根据计算结果进行了ＰＩＯ参数敏度预测分析，同时与数值仿真结果进行了对比分析。     

A Criterion Based on Closed-loop Pilot-aircraft Systems for Predicting Flying Qualities

During the process of aircraft design, the mathematical model of pilot control behavior characteristics is always used to predict aircraft flying qualities (FQ). This is one of the important methods to avoid pilot-aircraft adverse coupling. In order to study the FQ criterion based on closed-loop pilot-aircraft systems, first, an experimental database is built, which includes 40 aircraft dynamics configurations and the corresponding flight simulation results. Second, the mathematical pilot models with a set of different aircraft configurations are obtained by this experimental database. Then, two FQ criteria, Neal-Smith criterion and Moscow Aviation Institute (MAI) criterion, are analyzed. And the relationship between the FQ level evaluated by actual pilot and the parameters of closed-loop pilot-aircraft systems is studied. Finally, an improved criterion of aircraft FQ is built based on the above two criteria. This new criterion is further used to predict FQ for four new aircraft dynamics configurations, and the prediction results verify its accuracy and practicability.     

俯仰跟踪任务中的驾驶员神经网络模型辨识

 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。为了提高飞行品质的预测精度,采用人工神经网络(NN)方法进行驾驶员模型辨识,着重研究该模型对不同飞机被控对象的适应能力。首先,详细分析了驾驶员完成俯仰跟踪任务的操纵行为特点,提出适用于该驾驶员行为描述的神经网络模型结构形式。然后,根据对不同被控对象进行俯仰跟踪实时仿真实验的结果,对神经网络模型参数进行识别。最后,对模型辨识结果进行了精度评价。研究结果表明,该辨识方法适用于研究具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机被控对象的驾驶员操纵行为特性。     

飞行员数学模型与新机飞行品质预测

简述了建立飞行员数学模型的重要意义和方法，给出了飞行员的常用数学模型形式及有关参数参考数据，并着重讨论了飞行员数学模型在新机飞行操纵品质评估预测中的应用 。     

Suggestion for aircraft flying qualities requirements of a short-range air combat mission

Owing to the lack of a direct link with the operations in short-range air combat,conventional aircraft flying qualities criteria are inappropriate to guide the design of a task-tailored flight control law.By applying the mission-oriented flying qualities evaluation approach,various aircraft with different control law parameters are evaluated on a ground-based simulator.This paper compares the evaluation results with several conventional flying qualities criteria,and discusses the appropriate parameter combination to reflect the flying qualities requirements of short-range air combat,The comparison and analysis show that a short-range air combat mission requires a higher minimum short period mode natural frequency and a smaller maximum roll mode time constant,and allows a lower minimum pitch attitude bandwidth and a higher maximum short period mode damp ratio than those of conventional flying qualities criteria.Furthermore,a combination of the pitch attitude bandwidth,the pitch attitude magnitude at the bandwidth frequency,and the pitch attitude transfer function gain can define the flying qualities requirements of short-range air com bat.The new metric can successfully predict the flying quality levels of aircraft in a short-range air combat mission.     

结构驾驶员模型与McRuer模型的仿真研究

根据驾驶员完成俯仰跟踪的人－机半物理实时仿真实验，分别对结构驾驶员模型和ＭｃＲｕｅｒ模型者了参数辨识，用两种模型和某电传操纵飞机纵向短周期等效系统模型构成人－机数值仿真系统，将模型仿真结果和实时仿真结果进行比较和分析，以便了解两种模型的特性，为深入研究闭环飞行品质提供参考依据。     

电传操纵飞机起飞着陆动态特性仿真研究

 以刚体系动力学理论为依据,结合飞机起飞着陆运动学特征,建立了起落架-机身组合刚体6自由度全量飞机方程。提出的阶跃跟踪驾驶员时域数学模型,有助于评价起飞着陆阶段人-机系统的飞行品质。然后建立机械操纵系统、电传操纵系统的数学模型,并编制非线性全量时域仿真程序,对起飞着陆动态特性做出了综合的全面的定量分析,其结果与试飞情况吻合。     

俯仰轴飞行品质中频域准则的计算与模拟

简要介绍了军用飞机飞行品质MIL—STD—1797A中有关俯仰轴频域难则的要求和原由。提出了对这些难则的理论计算和模拟试验方法。并以某飞机为例，利用所提出的方法，对其飞行品质进行了计算和模拟。结果表明，所提出的计算和模拟方法是合理的。最后，讨论了驾驶员模型形式对俯仰轴飞行品质的影响。