机头结冰对大气数据系统测量影响研究

大气数据传感器安装于机头部位的飞机在遭遇结冰气象时,机头结冰会影响大气参数的测量精度。采用计算流体力学方法,对某两型运输飞机的大气数据系统进行模拟,考虑在机头结冰情况下的大气数据系统静压系数和迎角测量值的变化,获得了机头结冰对高度测量和速度测量的影响差量。研究表明,在两型运输飞机机头结冰状态下,中小迎角对大气数据系统静压和迎角测量的影响较小;大迎角对大气数据系统静压和迎角测量的影响较大,对应的高度测量影响量超过了10 m,速度测量影响量超过了2 kn。研究结果对于同类型飞机类似方向的研究具有一定的参考意义。     

基于CFD方法的前支杆试飞测量装置误差分析

准确可靠的大气数据信息对飞行器的安全至关重要.处于研制阶段的大气数据系统往往存在一定程度的误差,需要在试飞阶段予以校准.试验机上加装的试飞测量装置要求尽可能地接近未受扰动的气流,同时减少对飞机已有大气数据系统的影响.采用计算流体力学方法,对某型民机进行数值模拟,确定了前支杆试飞测量装置的安装位置和长度,获得了前支杆的位置误差并评估了对飞机已有大气数据系统的影响.研究表明,选定前支杆长度情况下,前支杆测量的静压测量误差引起的高度误差偏大,对现有大气数据系统静压亦有一定影响,对迎角影响较小.这一结果可作为某型民机确定空速校准方法的依据,亦可作为其他飞机在空速校准方案选用方面的参考.     

飞机座舱压力专家模糊预控方法仿真研究

针对新型战机高空高速俯冲及俯冲转平飞情况下带来的座舱压力控制难题,提出一种飞机座舱压力专家模糊PID预控方法。在飞机高速俯冲时,基于压力调节系统时间延迟及飞机高度变化率改进常规模糊PID控制策略并提高座舱压力调整速度;在飞机状态转换时,利用专家控制器根据知识库及状态转换时间预测调整模糊PID控制策略,并引入重置机制以改善调整性能。经过知识库的动态学习,得出飞机状态转换时,采用模糊PID控制、模糊预控、重置PID控制参数的专家控制策略具有最佳的控制效果的结论。通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

直升机自动过渡悬停系统方案设计

为了实现直升机自动过渡悬停功能,首先运用模糊建模方法建立全包线飞机特性的T-S模型;然后基于增稳控制系统,实现飞机姿态角的稳定;在此基础上引入“多普勒”地速与无线电高度信号,设计高度和速度控制器,使飞机实际输出跟踪指令信号;最后提出了两种合理的高度速度指令设计方案,使得飞机能快速平稳地悬停到预定高度.仿真结果表明,该设计方法有效可行.     

大气数据系统一体化研发平台设计与应用

面对新一代机载平台对大气数据系统体积、重量提出的更高要求,通过集成现有技术、采购专用设备、搭建软件环境、建设功能单元,建立大气数据系统仿真、设计、集成和验证一体化研发平台,通过迭代优化设计,实现了大气数据系统设计的小型化、轻量化,有效支撑了某型小型化机载大气数据系统研制,满足了某重点机载平台的使用需求并在多型机载平台大气数据系统研制中的到应用。     

基于新型智能探头的大气数据系统算法研究

开展了基于一种新型半圆柱形探头的大气数据系统算法研究工作。通过计算流体力学(CFD)软件计算获得了半圆柱形探头本体和探头所在处的局部流场信息,建立了该种大气数据系统的气动模型和系统算法模型,并通过仿真验证了算法模型的精度。该项研究工作对大气数据系统及大气数据系统传感器的设计开发具有较高的借鉴和参考价值。     

机载大气数据系统静压源误差修正方法研究

针对机载大气数据系统静压源误差问题,分析静压源误差的各影响因素,提出静压源误差的修正方案,以提高大气静压测量值的精度,进一步确保飞机飞行安全。以波音757机型为例,分析了静压源误差主要影响因素及其影响规律,用Solid Works软件进行飞机三维几何建模,GAMBIT软件划分计算域网格,FLUENT软件模拟飞机飞行环境仿真得到不同迎角和马赫数下的静压源误差值,并采用曲面响应法计算得到飞机静压源误差回归模型,根据模型对静压源误差进行了修正。经仿真结果与实际对比验证,该套修正方案具有很好的修正效果,能快速、准确的得到大气真实静压。采用计算流体力学(CFD)仿真方法分析飞机空气动力特性,简单方便、研究周期短、精度高、耗费成本低,有较高的研究和实际应用价值。     

基于T-S模糊神经网络的飞机防滑刹车系统研究

航空业的发展对飞机防滑刹车系统提出了更高的要求,而传统PID+PBM控制器存在着低速打滑、刹车效率较低等问题;针对刹车过程中的不确定性和非线性问题,提出采用T-S模糊神经网络来进行防滑刹车控制器设计;在MATLAB/SIMULINK平台建立飞机刹车总体仿真模型,将设计的控制器与传统控制器进行对比仿真试验;仿真结果表明,基于T-S模糊神经网络的控制器解决了传统PID+PBM系统存在的问题,具有良好的控制效果,系统具有鲁棒性,能够适应变化的跑道情况,为飞机防滑刹车控制提供了一种新的方法。     

飞机大气数据实时模拟系统的设计与实现

飞机大气数据系统是重要飞行参数计算与显示的系统,为模拟该系统的数据采集和参数的实时计算、显示,模拟系统采用高精度的压力传感器和高速的ARM系统,结合Matlab仿真的标准值,用两点法对传感器的输出值进行校准,使模拟系统达到飞机系统的参数要求。     

基于硅谐振压力传感器的大气数据系统的实现

详细介绍了Druck RPT 200型硅谐振压力传感器的工作原理,阐述了大气数据系统的结构、建模及硬件实现等研制过程;该系统采用Druck RPT 200型硅谐振压力传感器替代原振动筒式压力传感器测量压力,并采用小型单板计算机作为大气数据系统的嵌入式计算机,实现高度、空速和马赫数等参数的计算,并由显示器实时显示;该大气数据系统体积和重量仅为原系统的1/10,并具有高精度、高分辨率,高稳定性和高重复性的特点。     

基于MapX开发的无人机导航系统

使用MapX在无人机导航系统中添加能够处理矢量地图数据的地理信息模块,可以显著地提升系统的性能;文章对如何在矢量地图下进行无人机导航与任务规划进行了研究,完成对地理信息系统中矢量地图的基本控制和操作,并在地理信息图上进行航线的设定与修改;另外,针对二维矢量地图无法对无人机进行三维空间定位的问题,文章通过在无人机导航系统中添加高度位置显示模块,用二维平面地图与高度图相结合的方式来实现对无人机位置的三维定位;通过在无人机仿真实验系统中的使用,证明了该系统能高效、直观地对无人机飞行进行监视与控制。     

高空飞艇飞行控制系统的线性模型跟随设计

研究飞艇高空定点优化控制问题,针对飞艇在高空时空气舵面操纵不足、舵效控制力低,为解决上述问题,提出了采用气动力舵面和偏转螺旋桨复合控制的操纵模式对高空飞艇的姿态进行控制的方法.首先给出了采用气动力和螺旋桨拉力矢量组合控制的高空飞艇横侧向数学模型,把气动力舵面和偏转螺旋桨复合控制看作一个双输入单输出系统,采用线性模型跟随方法设计了姿态控制系统,使控制系统的性能尽可能地跟随给定的理想参考模型系统的性能.通过仿真表明偏转螺旋桨操纵控制可以有效弥补空气舵面效率的不足,所设计控制系统具有良好的动态品质,并验证了方案的可行性和方法的有效性.     

DESIGN OF A FLIGHT CONTROLLER FOR HYPERSONIC FLIGHT EXPERIMENT VEHICLE

National Aerospace Laboratory (NAL) and National Space Development Agency (NASDA) of Japan launched a hypersonic flight experiment vehicle (HYFLEX) for flight experiment of reentry phase to the top of the atmosphere in 1996. Flight condition in the experiment varied from an altitude of 107km and a speed of Mach 15 to an altitude of 30km and a speed of Mach 2. This paper describes design of a flight control system of the HYFLEX and evaluation of robustness against variations of command inputs and aerodynamic coefficients. A nonlinear simulation model that describes the vehicle motion has been made using the data obtained from wind tunnel experiments by NAL and NASDA. Linear models are computed from the nonlinear model for every second of the flight, assuming that the flight is a quasi‐trimmed one. Because the vehicle has a cylinder‐like configuration and takes a large angle of attack and a bank angle, coupling between longitudinal and lateral‐directional motions cannot be neglected; hence, the linear models include coupling terms. Averaging the linear models yields a nominal model for controller design, where the type‐1 linear quadratic (LQ) servo controller is employed for attitude control. Since the flight condition varies so much, it is difficult to control the vehicle using a single set of control gains. Therefore the flight period is segmented into eight intervals, for each of which a nominal linear model is computed, and then eight sets of feedback gain matrices are computed and scheduled as a function of flight time. The effectiveness and robustness of the flight control system are examined through computer simulation. Simulation results indicate that the control system works well even when attitude commands and aerodynamic parameters considerably deviate from nominal ones.     

基于Vega Prime的高空飞艇视景仿真设计

针对高空飞艇在飞行控制半物理仿真实验中实时数据可视化的问题,基于虚拟仿真技术,提出了一种高空飞艇视景仿真系统设计方案。建立了高空飞艇三维模型,并使用细节层次等高级建模技术对三维模型数据库进行了优化。提出了通过反射内存网与半物理仿真系统进行实时数据传输的方式,在Vega Prime环境下完成了基于控制台的视景仿真程序开发。在硬件系统支持下,实现了高空飞艇飞行过程仿真场景的立体渲染,仿真效果能够满足半物理仿真实验数据的实时逼真显示要求。     

基于遗传算法的高空台进排气控制仿真研究

高空模拟试验台进/排气系统是实现地面模拟发动机空中飞行高度、速度条件的核心试验设备,其控制效果的优劣直接影响着高空模拟试验的精度。而控制参数的选择是决定一个控制系统动态特性的关键要素,通过对遗传算法的研究,将该算法应用到进/排气系统进气压力自动控制系统中,对自动控制系统的PID控制参数进行优化,仿真结果表明,遗传算法以其优秀的全局寻优能力,能够对进/排气系统发动机进气压力自动控制系统PID控制参数进行较好地优化,使得控制系统获得良好的控制效果。     

融合惯导与飞控系统信息的飞行大气全参数估计算法

针对嵌入式大气数据系统高空飞行精度低、跨大气层易失效等问题,提出一种融合惯导与飞控系统信息的 飞行大气全参数估计算法.基于飞行器气动模型及动力学方程,建立惯导信息与大气参数之间的函数 关系,进而利用扩展卡尔曼滤波实现大气参数的实时精确估计.仿真结果表明,该方法具有较高的 精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可以提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够适用于全 飞行包线下攻角、侧滑角、真空速的测量.     

Flexible modelling and altitude control for powered parafoil system based on active disturbance rejection control

For the accurate altitude control of the powered parafoil system, a novel modelling method and control methodology are designed in this paper. Firstly, based on computational fluid dynamics, the proposed model can accurately simulate the actual flight state of the powered parafoil system. Then, the double closed-loop controller based on active disturbance rejection control is designed. With this methodology, the precise altitude control can be realised. By analysing the theory of active disturbance rejection control, the proposed control method will be stable and valid. At last, after the detailed verification in the hardware-in-the-loop simulations, the flight experiment is carried out. After the simulation with the proposed model, the adjusted controller parameters can be applied directly in the actual experiment. The results show that the proposed method can provide effective guidance to the flight experiment. It also proves the validity and effectiveness of the proposed modelling and control method.     

Direct adaptive type-2 fuzzy neural network control for a generic hypersonic flight vehicle

A direct adaptive interval type-2 fuzzy neural network (IT2-FNN) controller is designed for the first time in hypersonic flight control. The generic hypersonic flight vehicle is a multi-input multi-output system whose longitudinal model is high-order, highly nonlinear, tight coupling and most of all includes big uncertainties. Interval type-2 fuzzy sets with Gaussian membership functions are used in antecedent and consequent parts of fuzzy rules. The IT2-FNN directly outputs elevator deflection and throttle setting which make the GHFV track the altitude command signal and meanwhile maintain its velocity. The parameter adaptive law of IT2-FNN is derived using backpropagation method. The deviation of the control signal from the nominal dynamic inversion control signal is used as the reference output signal of IT2-FNN. The tracking errors of velocity and altitude are used as inputs of IT2-FNN. Tracking differentiator is designed to form an arranged transition process (ATP) of the command signal as well as ATP’s high-order derivatives. Nonlinear state observer is designed to get the approximations of velocity, altitude as well as their high-order derivatives. Simulation results validate the effectiveness and robustness of the proposed controller especially under big uncertainties.     

An Experimental Test Bed for Small Unmanned Helicopters

This paper introduces a custom experimental test bed for the evaluation of autonomous flight controllers for unmanned helicopters. The development of controllers for unmanned helicopters is a difficult procedure which involves testing through simulation at first, and then actual experimentation on real vehicles. As simulation cannot accurately represent the exact real flight conditions and the dangers involved in them, the suggested test bed fills the gap between simulation runs and experimental flights. The developed system involves a small helicopter mounted on a flying stand, equipped with a set of sensors for real-time flight monitoring and control. For demonstration purposes, the test bed has been used for design and validation of a fuzzy logic based autopilot, able to perform hovering and altitude control. Experimental results are presented and commented for various test cases.     

基于卡尔曼滤波的轨迹规划高度修正仿真实现

综合地形跟随/地形回避（TF/TA）是新一代低空突防技术,其中的轨迹规划技术是飞行器低空突防飞行控制律设计的重要依据.针对飞行器实时飞行过程中存在各种误差因素影响规划轨迹性能的情况,设计卡尔曼滤波器在实时轨迹规划中对所获取的飞行器高度值进行修正,可以获得比较精确的离地高度信息提供给飞行器,从而增加飞行器的安全系数.建立系统的状态与观测数学模型,在给定初始值和噪声方差阵的情况下进行了仿真.仿真结果显示所设计的卡尔曼滤波器可行,大大减小了组合导航系统误差模型的作用效果.