飞行管理系统及其飞行轨迹的优化生成

飞行管理系统是新一代飞机最重要的技术特征。本文首先简单介绍了飞行管理系统的产生背景、基本组成及其功能,然后对飞行管理系统的发展进行了说明。飞行管理系统是区域导航系统和性能管理系统的高度综合,其核心问题就是优化飞行轨迹的生成和实现.文中指出优化飞行轨迹的生成是飞行力学工作者主要的研究问题,最后阐述了飞行管理系统的发展前景,并对我们目前进行的工作作了简要介绍。     

基于路径约束分析的跳跃式再入轨迹优化

对于跳跃式再入轨迹优化问题,通常的求解方法是不经任何分析直接约束动压、过载和热流密度,再加上控制变量滚转角的约束,往往使问题变得复杂而难以求解。基于跳跃式再入轨迹的动力学特性,将轨迹进行分段,并逐段分析路径约束的特点和内在联系,建立起它们之间的解析关系式,由此得到跳跃式再入轨迹优化问题中路径约束的串行施加策略。运用该策略可以在某些情况下减少路径约束的个数,降低优化问题的复杂度;选择优化方法时,为了兼顾全局最优性与高精度结果,采用基于粒子群优化(PSO)算法和高斯伪谱法(GPM)的两层优化策略。仿真结果表明,采用两层优化策略可以得到满足约束的高精度解,路径约束串行施加策略正确可行,优化计算结果与理论分析结论一致。     

基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规划

为了提高飞机调姿的运动安全并减小在误差敏感方向的冲击,采用Newton-Euler方法构建了调姿系统的动力学模型,以实现调姿轨迹的优化。该动力学模型综合考虑了支撑杆变形、驱动丝杆变形及运动误差的影响,可对比不同轨迹时部件运动全过程的运动学特性,实现多目标多约束条件下的轨迹优化。为了提高计算效率,提出了一种类间可分性最优的自适应核主成分算法进行特征提取,并结合模式识别中的自动分类方法,预判可行轨迹的性能,控制搜索范围,减少寻优过程中的计算量。以某型数控定位系统为例,在对150条可行调姿轨迹进行评价和优选后,大部件调姿过程的最大平动速度小于20mm/s,调姿结束时的最大角速度小于0.1rad/s,说明了该方法的可行性和有效性。     

基于椭球近似解析法的飞行器再入轨迹优化

针对再入机动飞行器的再入段轨迹规划问题,设计了基于速度-阻力加速度剖面的轨迹优化方法,推导了根据速度-阻力加速度曲线和速度-攻角曲线计算飞行器跟踪规划轨迹所需要的控制力、航迹倾角、飞行器高度等量的公式,给出了飞行器再入倾角和速度-阻力加速度曲线斜率的关系,提出了 一种考虑飞行器控制能力极限的基于椭球近似解析法的飞行器再入段轨迹优化方法,通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

聚能爆破切割清理弹射通道技术

 考虑到飞机隐身等因素,飞机驾驶舱顶部为金属结构而不是传统的座舱盖结构,在弹射救生过程中,采用聚能爆破切割技术,切割金属结构形成"座舱盖"并抛放以清理弹射通道,且已在B-1B、B2飞机上采用。利用座舱顶部金属结构平板件,对聚能切割器装药量、切割厚度,切割过程冲击噪声对飞行员的影响、爆破飞溅物对飞行员的损伤防护等进行了分析和试验研究,并将冲击噪声对飞行员的影响与国军标的要求进行了对比。通过本次研究,将为以后的工程应用提供基础性依据。     

面向飞机表面喷涂的多层次控制程序结构

 为实现飞机外表面的机器人自动化喷涂,根据飞机外表面的几何特征,提出了飞机表面喷涂轨迹的规划方案和自动化喷涂作业的定位方法。根据该方法制订了多层次的喷涂控制程序结构,包括主逻辑层、控制程序层、辅助功能层3个层次。主逻辑层负责整个程序体系运行的调度,即调用控制程序层和辅助功能层中的功能模块;控制程序层包含飞机表面的分区及相应的喷涂控制程序模块;辅助功能层包括喷涂工艺参数、运动参数、系统默认参数等内容。为快速生成多层次喷涂程序体系,提出了面向飞机外表面喷涂的离线编程技术方案。以飞机模型表面喷涂为例,验证了方法的有效性和可维护性。     

高超声速飞行器末段轨迹快速优化

利用高斯伪谱法求解具有路径约束和落角、落速等终端约束条件下的高超声速飞行器末段轨迹优化问题.分析了不同LG节点数目对该问题求解精度和计算时间的影响,以及不同LG节点的拟合多项式与实际积分结果之间的相对误差关系.根据精度需要,选择合适的LG节点进行优化,分析了状态变量与积分结果的相对误差传播情况.仿真结果表明,采用节点分析后的高斯伪谱法在求解该问题上具有较高的计算精度和计算效率.