直升机着舰飞行控制仿真研究初探

本文介绍了直升机的着舰过程和特点,以及舰船运动特性及其对直升机着舰的影响,分析了着舰飞行控制系统在着舰过程各个阶段的不同任务和要求,最后提出一种着舰飞行控制系统的设计方法和一个很好的仿真工具。     

直升机-舰船动态配合着舰仿真研究

针对直升机-舰船动态配合研究的需求,开发了一种舰载直升机-舰船动态配合耦合模型.该模型以直升机飞行动力学模型为主体,包括了几个子系统模型,同时考虑了子系统间的相互影响与耦合作用.以UH-60A直升机与某型舰船的动态配合为例进行了着舰降落仿真研究.结果表明:流场、舰效和舰船运动等舰载因素加剧了直升机着舰过程中的机体姿态变化,增大了触舰速度,加大了着舰风险.     

共轴刚性旋翼直升机着舰流场计算分析

以CFD软件为基础,建立了适用于共轴刚性(双)旋翼直升机着舰飞行时的气动计算模型.应用这一模型,首先计算了Robin旋翼的悬停状态算例,计算结果与试验数据进行了对比.然后着重分析了共轴刚性旋翼直升机在着舰与着陆时的流场异同,并进一步分析了着舰飞行时不同风向角对直升机俯仰、滚转和偏航力矩的影响,获得了一些对直升机着舰飞行有指导意义的结果.     

无人直升机自动着舰导引控制设计与验证

针对无人直升机自动着舰的特点和需求,研究着舰导引轨迹生成,进行着舰导引轨迹跟踪控制设计,并通过仿真和飞行试验验证跟踪控制的精确性。     

直升机着舰降落操纵与动态响应研究

直升机在舰船上降落是一个非常复杂的过程,因此有必要对着舰降落阶段直升机的动态响应进行研究。首先,建立了直升机/舰船动态适配仿真模型。然后,通过UH-60A直升机的配平和操纵响应计算结果与飞行测量数据的对比,验证了仿真模型的准确性。最后,对直升机舰面降落操纵与动态响应进行了仿真计算与分析。研究结果表明:舰载环境对直升机着舰降落过程中的机体姿态变化有显著的影响;合理的操纵速率能控制直升机触舰时刻的机体姿态和角速率,减缓对甲板的冲击,保证直升机降落在限定着舰区域。     

舰载直升机的舰面效应研究

直升机的舰面效应影响舰载直升机的飞行安全.本文介绍了舰面效应的特点,并以直升机地面效应模型为基础,参考国外有关资料,建立了舰载直升机舰面效应模型,并讨论了舰面效应模型的求解方法.最后以某型直升机为例,计算了舰面效应对操纵性的影响.     

基于直升机/发动机非线性综合仿真模型的增广LQR控制器设计

构建了UH-60A直升机六自由度非定常、非线性气动力模型以及完整的直升机/涡轴发动机非线性综合仿真模型.使用增广LQR方法设计了直升机飞行控制器,包线内大量仿真结果及与H_∞控制器效果的对比表明该控制器解耦性能、指令跟踪性能优越,鲁棒性强.此外,该控制器设计过程简单和调参方便.借助上述综合仿真模型研究了发动机闭环系统与直升机的功率匹配关系,数字仿真表明:发动机能够满足直升机机常规飞行任务下的功率需求,功率涡轮转速下垂量满足直升机飞行操纵品质规范(ADS-33E)的要求.      

应用于直升机/舰动态配合的 舰面流场建模仿真关键技术

直升机/舰动态配合是舰载直升机飞行安全的重要课题。首先,对动态配合过程中涉及的因素进行了分析和讨论,得出对旋翼尾流场和舰面流场耦合求解的简化方案;然后,以某舰和直升机为例,对其舰面流场仿真关键技术进行了描述,主要内容包括舰面流场的CFD仿真、针对动态配合对舰尾流进行重构等,并对典型的直升机起降轨迹进行了描述;最后,通过有关直升机/舰动态配合流场计算仿真的途径和方法得出了若干结论,可为该领域研究者提供参考。     

自适应飞机驾驶员最优控制模型研究及应用

针对驾驶员最优控制模型(OCM)无法反映飞行员在未知环境下渐进适应过程这一缺点,采用自适应状态估计理论对OCM进行改进,建立了基于自适应状态估计的驾驶员最优控制模型(MOCM-AE),给出了算法流程。通过对比飞行试验数据和未知扰动下的着舰应用,对模型进行了评估。通过人机闭环仿真进行了飞行试验再现,得到了人机闭环频域曲线。对比结果表明,与OCM相比MOCM-AE的频域特性曲线与试验更为吻合。在着舰应用中,引入低空紊流作为未知扰动进行着舰仿真,结果表明OCM强烈依赖于先验经验,而MOCM-AE无论是否具有先验经验,无论是否存在未知扰动,均能取得良好着舰效果。在未知扰动和舰尾流影响下,MOCM-AE比传统OCM着舰精度提高59%,着舰点分布范围缩小29%,这体现了飞行员对未知环境的适应能力。     

直升机着舰起落架动态响应

舰载直升机着舰过程复杂。与地面降落相比,舰面的不稳定气流使得直升机姿态难以保持,下降的速度更大,且由于直升机通常都是单轮着舰,导致起落架载荷很大。为了研究直升机在不同条件下着舰时起落架的动态响应,建立了机体/起落架/舰船耦合模型,将着舰过程中直升机的运动和舰船的运动联系起来,通过仿真计算得出起落架的动态响应。仿真计算结果表明:直升机着舰质量越大,起落架压缩量和载荷越大;直升机低头着舰会导致前起落架载荷显著增大;直升机着舰下沉速度过大会导致着舰载荷急剧增大,可能会对结构造成破坏。     

基于嵌套网格的舰载直升机流场仿真及风限图计算

为保证舰载直升机的安全,本文基于嵌套网格方法,针对CG-47提康德罗加级巡洋舰搭载UH-60“黑鹰”直升机的机舰组合进行了流场仿真。研究了此组合在不同风向角及风速下的着舰流场,并结合飞行力学模型计算了直升机操纵量和姿态角。根据安全着舰判据,绘制了此组合的理论风限图。结果表明:滚转角及周期变距操纵量均随来流速度增加,俯仰角则受到来流和舰上建筑的多重影响。风向角越小,最大着舰速度越大,且总体左侧大于右侧。     

探索创新开创我国直升机气动设计的新局面

直升机气动设计是设计先进直升机的关键技术之一.它包括飞行性能、飞行载荷、飞行品质、旋翼气动载荷计算及分析、直升机气动外形设计、直升机气动试验、旋翼气动噪声计算分析、直升机舰面起降特性计算、流动主动控制技术等研究内容.……     

基于直升机/发动机非线性综合仿真模型的ALQR控制器设计

构建了UH-60A直升机六自由度非定常、非线性气动力模型以及完整的直升机/涡轴发动机非线性综合仿真模型。使用增广LQR方法设计了直升机飞行控制器,包线内大量仿真结果及与 控制器效果的对比表明该控制器解耦性能、指令跟踪性能优越,鲁棒性强。此外,该控制器设计过程简单和调参方便。借助上述综合仿真模型研究了发动机闭环系统与直升机的功率匹配关系,数字仿真表明,发动机能够满足直升机机常规飞行任务下的功率需求,功率涡轮转速下垂量满足直升机飞行操纵品质规范（ADS-33E）的要求。     

直升机着舰纵向下滑控制系统仿真研究

采用ＬＱＧ／ＬＴＲ方法设计了直升机着舰纵向下滑控制系统,其中包括建立直升机增广系统的数学模型,确定控制器的频域范围匐棒性边界条件,反馈回路的设计和回路传递函数在输出端的恢复。在给出该控制系统仿真框图的基础上,利用仿真软件进行数字仿真。最后,对仿真结果中直升机高度、速度随机－舰距离和时间的变化曲线进行了分析,得到了一些有工程应用价值的研究结果。     

直升机舰上使用限制的确定

本文略述了ＮＬＲ进行的直升机－舰鉴定计划。介绍了如何利用有关直升机性能，舰运动特性和舰飞行甲板上风的详细信息制定和实施安全有效的直升机飞行试验计划，通过随相对风和海况而变的起飞和着舰能力，该计划导致直升机舰上安全最大利用率。     

基于导航函数的直升机任务科目建模试飞技术

任务科目是ADS-33E规范要求的直升机飞行品质重要考核项目之一。基于导航函数的方法,通过直升机非线性飞行动力学模型实现任务科目的数值仿真,获得目标直升机任务科目所需的操纵量及操纵规律。通过飞行试验结果的验证及分析表明,数值计算结果及模型真实有效,对直升机任务科目的飞行试验具有指导作用。     

基于直升机舰面起降动态仿真的风限图计算

建立了基于直升机舰面起降动态仿真的风限图（WOD）计算方法,综合计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素的作用提升风限图计算的准确度。基于耦合舰船非定常尾流的飞行动力学模型,发展了适于直升机多轴协同操控的驾驶员模型,建立了舰面起降轨迹的数学描述和生成方法,形成计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素综合作用的直升机舰面起降动态仿真方法。在此基础上,总结风限图计算判据,建立风限图计算方法。计算结果表明,某些风况下直升机在舰面起飞和降落过程中受到舰船尾流的干扰远大于在甲板上方悬停时受到的作用。本文方法能够捕捉到不同起降点和起降方式导致舰船尾流时空变化的干扰,与传统计算方法相比,显著提升了风限图计算的准确度。     

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.     

浅谈舰载直升机的海上试飞

针对舰载直升机的特殊使用环境，分析了舰船运动情况对舰载直升机实施起飞、着舰和舰上机动飞行的影响，最后，探讨了MIL－F－83300等直升机规范对舰载直升机的各种使用规定及特殊的飞行品质要求。     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。