Gap准则在Ⅱ型PIO预测中的应用

针对Ⅱ型PIO(Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战斗机飞行安全的问题,提出运用Gap准则对纵向Ⅱ型PIO进行预测.建立了舵机速率限制的正弦输入/三角输出描述函数模型,改进了Neal-Smith驾驶员模型.提出运用描述函数法研究Ⅱ型PIO的产生机理,推导了非线性人机系统失稳公式,得到了Gap准则的一般计算方法.应用Gap准则对某型飞机纵向Ⅱ型PIO敏感性展开了研究,并进行了时域仿真验证.结果表明:Gap准则物理意义明晰、结果直观、计算高效,能有效地预测Ⅱ型PIO的发生.研究结果可为先进战斗机飞行控制系统的设计提供重要理论依据.     

多因素耦合复杂飞行情形风险定量评估方法

多不利因素耦合诱发飞行事故具有隐蔽性强、因素关联复杂及状态"不可逆"性等特点,对其进行定量建模及风险评估研究难度较大。为此建立了典型装备故障和恶劣环境两类不利因素的定量数学模型。基于飞机六自由度全量运动方程、不利因素数学模型和人在环的操纵方式,应用MATLAB/Simulink、C语言和Flightgear软件开发了用于多因素耦合飞行情形研究的虚拟试飞安全性分析系统。建立了基于改进粒子群算法的极值分布风险评估模型,通过广义极值分布参数优化自动找到最为符合的极值分布模型。提出了随机自适应进化粒子群优化算法(RAE-PSO)对拟合过程进行优化,提高了评估精度和收敛速度。建立了多因素耦合复杂飞行情形的综合评估模型,以GJB 626A-2006中的试飞风险科目为例进行风险评估与结果分析,验证了方法的可行性和有效性。     

模型驱动的软件构件研制保证水平验证方法

在机载软件架构设计阶段,人们将安全性研制保证水平分配到具体的构件中,确保产品质量。鉴于现代航空软件系统极其复杂,如何从系统角度,检验分配给构件的安全性等级符合系统的一致性目标,是设计阶段需要解决的重要问题。首先,分析了分布式和综合式机载软件系统的架构特点,得出了在安全性分析工作中需要考虑冗余等架构设计的影响的结论。其次,使用系统建模语言(SysML)块图建立带有安全性等级属性的系统静态结构模型,利用矩阵对模型进行精确的形式化转换;制定验证规则,在此基础上给出了验证方法,以验证安全性等级分配的合理性。在验证过程中,将关键信息存储在XML文档中,可为适航性审查提供证据。最后,通过实例分析,验证了该方法的可行性。     

隐身飞机敏感性影响因素组合分析

针对多因素下的隐身飞机敏感性评估问题,对典型作战场景中隐身飞机敏感性影响因素进行了组合分析研究。首先,建立了基于任务周期的敏感性计算模型;其次,对雷达、红外、射频（RF）和电子干扰等方面敏感性参数进行分析,构建不同因素的计算模型;最后,开展了不同隐身构型下隐身飞机敏感性影响因素的仿真实验。结果表明:多种手段的组合使用可以有效降低隐身飞机敏感性,并在一定参数范围内得到多因素组合下敏感性的影响程度。研究结果对隐身飞机敏感性减缩及方案的设计和改进具有一定参考意义。      

基于蒙特卡罗法的飞机结冰后动力学特性分析

综合考虑随机性和不确定性构建了蒙特卡罗飞行仿真实验系统,探讨了蒙特卡罗飞行仿真实验的具体步骤;建立了结冰条件下基于四元数法的飞机本体六自由度运动方程;研究了结冰后人-机-环系统的动态响应,对直观反映结冰后运动状态的飞行参数进行了分析;基于相对速度和迎角超限构建了飞行风险发生的判定条件;量化研究了一维飞参极值样本的统计分布特性,结果表明二组极值样本的峰度系数均大于3,说明二组极值样本均有比正态分布更长的尾部,验证了相对速度极值和迎角极值均具有厚尾分布的特征。     

基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。     

基于微分流形理论的飞机纵向动力学边界

在人-机-环系统发生改变时,需要考虑更多具有高度非线性特征的动态因素来估计飞机的动态边界。为此引入了微分流形理论估计飞机动力学边界。首先介绍了微分流形理论的相关概念及计算稳定边界的方法步骤;然后以某型飞机为研究对象,考虑飞机非线性动力学特性建立纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;利用微分流形法刻画飞机动力学边界,并与蒙特卡洛法得到的飞机动力学边界进行对比,验证了微分流形理论确定的飞机动力学边界的准确性;最后分析了可用迎角随俯仰角和俯仰角速度的变化关系。结果表明,俯仰角速度一定时,俯仰角越大,可用迎角越小。研究结果可为飞机的边界保护系统以及控制策略提供一定的参考。     

结冰条件下人-机-环系统的飞行风险概率

以结冰条件下的飞行风险量化概率为研究对象,基于蒙特卡罗飞行仿真实验对结冰条件下人-机-环系统的耦合特性进行了分析,并获取了飞行参数极值样本。构建了飞行风险发生的判定条件;对飞行参数极值样本进行了统计特性分析,验证了其厚尾分布特征。一维分布类型辨识结果表明广义极值分布对相对速度和迎角极值的描述精度最高。为描述二维变量对相关性的各自影响程度,提出了一种新的双参数变权重Copula模型;辨识结果表明该Copula模型能以较高的精度通过假设检验。相关性分析的结果表明相对速度和迎角同时出现极大值和极小值的概率较大。基于二维极值样本的Copula分布模型求出了不同结冰程度下的飞行风险概率值,探讨了飞行风险的非线性增长趋势。     

基于描述函数法的速率限制环节特性研究

针对电传操纵系统中速率限制环节的非线性特点,建立了简化的速率限制环节模型,在时域内对其动态特性进行了仿真.运用描述函数法分别建立了正弦输入/三角输出描述函数模型和闭环描述函数模型,对比研究了两种不同模型的频率特性.对速率限制环节由未饱和状态发展至完全饱和状态的频率特性进行了分析.     

大气紊流对驾驶员诱发振荡的影响

首先建立了大气紊流下的飞机本体短周期运动方程、驾驶员模型、Dyr den大气紊流模型及人机闭环系统模型 ;然后利用Matlab软件在时域内进行了数值仿真 ,仿真结果表明 ,对于装有电传操纵系统的飞机来说 ,大气紊流对驾驶员诱发振荡的影响不明显。