四元数在弹射座椅性能仿真中的应用

针对弹射座椅性能仿真中欧拉角速率方程在大幅度姿态运动时存在奇异性,以及四元数法由于姿态角的有界性而出现跳跃、难以实现全姿态角的问题,提出了四元数与欧拉角相结合的方法.阐述了四元数的定义、几何意义及四元数表示的运动学方程.通过四元数到欧拉角的转换,给出了仿真中四元数的积分初值计算公式;分析了弹射仿真中姿态角的跳跃和间断问题.以某型号座椅为例进行了仿真计算,通过对比仿真结果和试验数据,确认了仿真的有效性;与采用单一四元数法的仿真结果进行对比表明,该方法充分结合了四元数与欧拉角速率方程的优点,有效解决了欧拉角速率方程的奇异性和弹射仿真中全姿态角的实现.      

基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。     

末端制导飞行轨迹的仿真与试飞

提出了战斗机完成制导装置末端制导阶段飞行轨迹的仿真和试飞方法.末端制导阶段的飞行轨迹要求进入段尽可能减小高度损失,并在俯冲段满足精确的轨迹跟踪.采用6自由度全量非线性方程,考虑纵向和横航向运动的相互耦合关系,通过对飞机的高速度、大俯冲角、大落差飞行全过程进行仿真研究,分析了3种利用滚转操纵进入俯冲的情况,获得了满足高精度飞行轨迹的操纵方案,即在进入段,先操纵副翼使滚转角接近180°,拉杆使俯冲角满足轨迹要求后,再反向操纵副翼使飞机正飞进入俯冲.通过飞行试验验证了方案的合理性和有效性.研究表明:该方法在保证飞行安全的前提下,提高了飞行轨迹精度和试飞效率.     

综合飞行推力矢量控制系统设计与仿真

对带推力矢量控制的飞控设计问题进行了研究.按飞机状态变化快慢将其分成快变和慢状态,然后采用非线性动态逆理论分别进行设计.针对战斗机大迎角飞行,以及将所设计控制律联入综合飞行/火力控制系统的瞄准攻击过程在六自由度全量飞机方程上进行数学仿真.仿真结果表明,综合飞行/推力矢量控制可实现战斗机大迎角飞行,并能够满足综合飞行/火力控制系统性能需求,所采用的设计方法在工程上具有应用前景.     

基于内模PID鲁棒控制的飞行仿真伺服系统设计

针对飞行仿真伺服系统高频响、宽调速、高精度、超低速和鲁棒性要求，提出了内模PID鲁棒控制的有效方法。在探讨伺服系统数学模型的基础上，推导出一种飞行仿真伺服系统的内模PID鲁棒控制律，并将其应用于某型飞行仿真伺服系统，该伺服系统采用了电流、速度和位置三闭环控制结构。仿真试验表明：文中提出的内模PID鲁棒控制律使飞行仿真伺服系统获得了优良的跟踪性能，具有很强的抗干扰性和鲁棒性，可以很好地满足飞行仿真伺服系统的各项性能指标要求。     

战斗机功能敏捷性对操纵输入灵敏度的研究

提供了评估战斗机功能敏捷性的三种尺度──炸战周期时间，动态速率转弯图和相对能量状态，并以某机作为模型算例，用１８０°航向改机动动作，仿真计算了飞行员的操纵指令输入对功能敏捷性评估尺度的影响．算例模型包含了非线性全量运动方程，飞行控制系统和发动机的动力特性．因此，较为真实地反映了飞机的特性．     

无人战斗机实时数据处理延迟模型研究

无人战斗机日益成为航空界研究发展的方向和目标,其有效性和先进性取决于其实时管理和控制所采用的方法.通过分析无人战斗机系统数据处理的闭环回路过程,提出了无人战斗机实时任务规划和控制的通讯延迟模型,并将模型用在无人战斗机实时任务规划系统中.仿真结果表明:延迟模型可以为无人战斗机的姿态和位置等飞行状态提供有效的预测和补偿.      

红外加热笼模拟航天器瞬变外热流的方法研究

以某型号航天器热平衡试验为工程应用背景，采用理论分析、仿真研究和实验研究相结合的方法，建立了红外加热笼和热流计的动态数学模型；在此基础上，讨论了利用红外加热笼作为热流模拟航天器在轨飞行时表面到达热流密度瞬态变化的方法和技术。     

新一代战斗机机动作战决策与仿真

近距空战要求新一代战斗机具有较好的机动性能.根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模,在综合飞行/火力/推进分布式计算机实时仿真系统中,运用大机动非线性鲁棒飞行控制律进行了典型的机动作战仿真.仿真结果表明,具有大机动性能的飞机在空战过程中显示出了很好的效益优势.      

高性能战斗机燃油热管理系统

针对高性能战斗机的特点,介绍了利用燃油作为主要热沉的燃油热管理系统FTMS(Fuel Thermal Management System).以F-22的热管理系统为原型,在对其技术方案及研究方法进行了相关分析后,通过MATLAB工具建立了系统各部件的动静态仿真模块.并在此基础上,搭建了燃油热管理系统的仿真平台,利用该仿真平台对燃油热管理系统的性能及燃油代偿损失等进行预测和评估.计算结果表明,燃油热管理系统性能要好于传统的空气循环制冷系统,在热管理方面可作为我国新一代高性能飞机设计研究的一个备选方案.     

复杂外形网格生成技术及应用

以某型双立尾战斗机为例,给出了实际复杂型号飞行器结构网格生成的一种分块方案及实现过程,用一种矢性三次多项式插值的方法生成相邻块公共交界面的网格,用Hilgenstock方法修正源项,求解椭圆型方程生成块内空间网格,使网格线与边界面夹角、与边界面间距控制为期望的值.在所生成的双立尾战斗机分块结构网格中求解Euler方程,获得了合理的全机气动力系数、翼面压力分布和绕流图谱结果.     

飞行员注意力分配的定量测量方法

在实验室内让被试人员在飞行模拟器上完成了三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了被试者的眼动数据.采用划分兴趣区域的方式,把视觉信息源划分为座舱内仪表和外部视景两个兴趣区域,对三个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行了分析和对比.结果显示,三个模拟任务阶段被试者显示出了不同的扫视模式,在外景有更多的注视点比率、更多的注视时间比率和更长的平均注视时间.表明视觉飞行规则下,战斗机驾驶员主要从外景获取视觉信息,他们的大部分注意力都集中在外景.眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化,研究结果对于战斗机座舱显示信息的设计和飞行员的培训有一定的指导意义.     

自修复飞控系统设计研究

自修复飞控系统是现代飞控系统发展的必然趋势,定量反馈理论（ＱＦＴ－ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＦｅｅｄｂａｃｋＴｈｅｏｒｙ）是一中新兴的鲁棒控制理论,本文介绍了用ＱＦＴ设计自修复飞控系统的基本思路和主要步骤,并用ＱＦＴ设计了国产某型歼击机的自修复飞控系统,仿真试验表明,该系统在多个飞行状态和多种故障模式下都达到了较好的控制效果。     

战斗机大幅值机动运动准稳态设计方法

根据战斗机大幅值机运动特点,提出了准稳态运动概念及其设计方法,以准稳态运动为基准,对其运动非线性分析,并适当简化,生成准稳定运动的期望状态,输出,控制和小扰动线性化模型,采用ＬＱＲ设计方法整定ＰＩＤ调节器参数,由准稳态运动的期望状态,输出,控制和调节器组成系统控制器,分别以四种准稳态运动为基准,设计了大幅值机动运动控制律,在六自由度全量飞机模型上的仿真结果表明,所提出的设计方法是可行的。     

积冰对飞机操纵性的影响与仿真

采用积冰程度参数描述积冰对飞机气动参数的影响;将积冰程度参数引入飞机六自由度非线性动力学模型,建立了随积冰严重程度而变化的时变飞机仿真模型,并以此为基础设计了高度保持模式和滚转角保持模式两种飞机自动驾驶闭环仿真系统.通过与飞行试验数据对比,验证了仿真模型的正确性.在一定的飞行条件和积冰遭遇情况下,对开环和闭环飞机的飞行进行了仿真计算和分析.仿真结果表明:积冰对飞机的配平特性、响应特性以及自动驾驶性能均造成不良的影响,对飞行安全构成了一定的威胁.     

飞机驾驶舱显示界面脑力负荷判别预测生理模型

针对飞机驾驶舱显示界面脑力负荷的客观判别预测问题,综合采用事件相关电位(ERP)、心电图(ECG)和眼电图(EOG)3类生理测量技术,结合主观测评法和绩效测评法,在同一飞行实验任务中开展脑力负荷的实验测量与数学建模研究。实验结果表明:随着脑力负荷的增加,ERP测量技术中的失匹配负波(MMN)成分的峰值幅度(在Fz电极处)显著增加,P3a成分的峰值(在Fz电极处)显著降低;ECG测量技术中的心率变异性指标全部窦性心搏RR间期(简称RR间期)的标准差(SDNN)的数值显著降低;EOG测量技术中的眨眼次数显著降低。在此基础上,基于Bayes判别方法构建了脑力负荷判别预测生理综合评估模型,并将生理综合评估模型判别结果与NASA任务负荷指数(NASA_TLX)量表判别结果进行了比较,生理综合评估模型判别结果略高于NASA_TLX判别结果。该模型为飞机驾驶舱显示界面脑力负荷状态的客观、实时判定和预测提供了一种新的方法,同时也为中国正在研发的新型战斗机和大型客机驾驶舱显示界面中的人为因素适航审定工作提供了新的符合性验证工具。      

空－空机炮模态的综合火力／飞行控制系统设计

针对国产某型号高速歼击机的数学模型及其数字式三轴电传操纵控制增稳系统，采用经典控制理论的方法，在数字式三轴电传操纵控制增稳系统的基础上，分析、设计了一种复杂的非线性控制系统──空－空机炮模态的综合火力／飞行控制系统．文中给出了该控制系统的构成，讨论了火力／飞行耦合器的结构．数学仿真表明，所设计的综合火力／飞行控制系统具有良好的性能，由于采用的飞机数学模型及其数字式三轴电传操纵控制增稳系统的真实性，使得所设计的综合火力／飞行控制系统具有较强的实际意义和工程使用价值．