艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)的一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法采用縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛及其飛行進(jìn)行控制。該方法以阻尼器和增穩(wěn)系統(tǒng)為內(nèi)回路，產(chǎn)生并傳遞垂直爬升速率指令使艦載機(jī)的垂向速度能夠自動(dòng)跟蹤并穩(wěn)定，同時(shí)能夠有效抑制和消除側(cè)向偏移和側(cè)滑角，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定，確保艦載機(jī)從航母上安全起飛。該方法基于PID控制方法，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，控制過(guò)程穩(wěn)定。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證，本發(fā)明專利技術(shù)所述的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法能很好的實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)滑躍起飛離艦后以給定垂直爬升速率自動(dòng)飛行，能夠確保艦載機(jī)從航母上安全起飛，且能減輕駕駛員的操作壓力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法
本專利技術(shù)涉及艦載機(jī)起飛控制
，特別是一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法。
技術(shù)介紹
滑躍起飛是指艦載機(jī)首先僅依靠自身發(fā)動(dòng)機(jī)的推力在航母的水平甲板上加速滑跑，然后經(jīng)過(guò)航母艦首部分的斜面彎曲甲板，使艦載機(jī)在離艦瞬間被賦予一定的正向航跡傾斜角和向上的垂直速度，使艦載機(jī)躍入空中，完成離艦起飛。所以滑躍起飛又稱為斜板起飛或斜曲面甲板起飛。相比彈射起飛而言，滑躍起飛技術(shù)門(mén)檻相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在一些擁有航母但經(jīng)濟(jì)實(shí)力不太雄厚的國(guó)家得到廣泛使用。艦載機(jī)滑躍起飛全過(guò)程可以分為兩個(gè)階段，一是艦面滑跑階段；二是離艦上升階段。滑躍起飛方式由于艦首斜面彎曲甲板的存在，能大大縮短艦載機(jī)在航母上滑跑的距離，從而為航母節(jié)省寶貴的甲板空間。而另一方面，艦載機(jī)滑跑距離的縮短，會(huì)造成艦載機(jī)離艦速度偏小，離艦之后會(huì)出現(xiàn)一定的下沉量。若下沉量太大，則會(huì)存在一定的安全隱患，同時(shí)也給飛行員造成很大的心理壓力，若飛行員在這段較短的時(shí)間內(nèi)操作失當(dāng)，很可能會(huì)付出慘痛的代價(jià)。而艦載機(jī)在艦面滑跑階段會(huì)受到甲板運(yùn)動(dòng)、艦首氣流以及甲板風(fēng)等環(huán)境因素的干擾，從而造成艦載機(jī)不僅在縱向上受到力和力矩的作用，而且在橫側(cè)向上也會(huì)受到力和力矩的作用，從而會(huì)增加飛行員的操作負(fù)擔(dān)。因此，離艦上升階段的控制策略設(shè)計(jì)對(duì)于艦載機(jī)從航母上安全起飛尤為重要，直接關(guān)系到艦載機(jī)起飛的成功率和安全性。目前，針對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)主要在于斜甲板的優(yōu)化問(wèn)題、環(huán)境因素對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛過(guò)程的影響分析以及艦載機(jī)離艦之后控制律設(shè)計(jì)等。而艦載機(jī)離艦之后控制律的設(shè)計(jì)也僅僅只考慮了縱向的控制律設(shè)計(jì)，而沒(méi)有研究橫側(cè)向控制律設(shè)計(jì)的問(wèn)題，并且設(shè)計(jì)的控制律均需要飛行員操作對(duì)應(yīng)的油門(mén)或升降舵，這樣會(huì)給飛行員造成較大的操作負(fù)擔(dān)和心理壓力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的問(wèn)題是一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)離艦之后以某一給定的垂直爬升速率進(jìn)行空中爬升，同時(shí)能夠有效抑制和消除側(cè)向偏移和側(cè)滑角，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定，且該方法無(wú)需飛行員進(jìn)行操作，確保艦載機(jī)滑躍起飛的安全性以及減輕駕駛員的操作壓力。本專利技術(shù)公開(kāi)的一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，采用縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛及其飛行進(jìn)行控制；所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)以縱向控制增穩(wěn)回路為內(nèi)回路，垂向速度回路為外回路，艦載機(jī)離艦后垂直爬升速率作為控制指令，采用PID控制方法，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)離艦后以給定的垂直爬升速率爬升；所述橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)采用副翼與方向舵協(xié)調(diào)控制的方法，對(duì)艦載機(jī)在航母上滑跑時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向偏移和側(cè)滑角進(jìn)行抑制和消除，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定；所述自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)將速度信號(hào)反饋給控制器，通過(guò)控制油門(mén)來(lái)控制艦載機(jī)的速度。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述縱向控制增穩(wěn)回路的控制律為：其中，Δδe為升降舵偏角增量，Kc、Kci分別為增穩(wěn)控制回路控制律P、I參數(shù)，s為復(fù)變量，Ws為駕駛桿操作量，Ks為駕駛桿操作控制律P參數(shù)，Kaz為法向過(guò)載控制律P參數(shù)，λaz為法向過(guò)載反饋濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，az為實(shí)際法向過(guò)載反饋量，Kq為俯仰角速率控制律P參數(shù)，λq為俯仰角速率反饋洗出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，q為實(shí)際俯仰角速率反饋量，F(xiàn)α為迎角限制反饋量；所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的控制律為：其中，λhd為垂直爬升速率指令模型參數(shù)，為設(shè)定的垂直爬升速率，為實(shí)際垂向速度反饋量，Khp、Khd分別為垂向速度控制律P、D參數(shù)。作為上述技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，所述橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)控制律為：和其中，Δδa為副翼偏角增量，yg為設(shè)定的側(cè)向偏移量，λy為側(cè)向偏移量指令模型參數(shù)，y為實(shí)際側(cè)向偏移反饋量，Kyp、Kyi、Kyd分別為側(cè)偏制導(dǎo)律P、I、D參數(shù)，ψ為實(shí)際偏航角反饋量，Kψp、Kψd分別為航向角控制律P、D參數(shù)，φ為實(shí)際滾轉(zhuǎn)角反饋量，Kφp、Kφi為滾轉(zhuǎn)角控制律P、I參數(shù)，p為實(shí)際滾轉(zhuǎn)角速率反饋量，Kp為滾轉(zhuǎn)角控制律P參數(shù)；Δδr為方向舵偏角增量，βc為設(shè)定的側(cè)滑角，Kβ為航向角協(xié)調(diào)控制律中側(cè)滑角反饋量P參數(shù)，β為實(shí)際側(cè)滑角反饋量，Kβp、Kβi、Kβd分別為航向角協(xié)調(diào)控制律中側(cè)滑角控制律P、I、D參數(shù)，r為實(shí)際偏航角速率反饋量，α0為航向角協(xié)調(diào)控制律中設(shè)定的迎角反饋值，λr為偏航角速率反饋洗出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，Kr為航向角協(xié)調(diào)控制律中偏航角速率控制律P參數(shù)，Kari為方向舵與副翼交聯(lián)信號(hào)控制律P參數(shù)。作為上述技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，所述自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)控制律為：其中，ΔδT為油門(mén)增量，λV為速度指令模型參數(shù)，Vg為設(shè)定的艦載機(jī)速度，V為實(shí)際速度反饋量，Kvp、Kvi、Kvd分別為速度控制律P、I、D參數(shù)。本專利技術(shù)的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，以阻尼器和增穩(wěn)系統(tǒng)為內(nèi)回路，產(chǎn)生并傳遞垂直爬升速率指令使艦載機(jī)的垂向速度能夠自動(dòng)跟蹤并穩(wěn)定，同時(shí)能夠有效抑制和消除側(cè)向偏移和側(cè)滑角，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定，確保艦載機(jī)從航母上安全起飛。該方法基于PID控制方法，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，控制過(guò)程穩(wěn)定。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；圖2為本專利技術(shù)的縱向控制增穩(wěn)回路組成結(jié)構(gòu)圖；圖3為本專利技術(shù)的縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；圖4為本專利技術(shù)的橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；圖5為本專利技術(shù)的自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；圖6為本專利技術(shù)的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法垂向速度仿真曲線圖；圖7為本專利技術(shù)的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法高度仿真曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本專利技術(shù)提出的一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。為了便于公眾了解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，用下表1將本專利技術(shù)涉及的物理量及參數(shù)進(jìn)行說(shuō)明：表1如圖1所示，本專利技術(shù)公開(kāi)的一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，采用縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛及其飛行進(jìn)行控制。如圖3所示，所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)以縱向控制增穩(wěn)回路為內(nèi)回路，垂向速度回路為外回路，艦載機(jī)離艦后垂直爬升速率作為控制指令，采用PID控制方法，將艦載機(jī)垂向速度、法向過(guò)載、俯仰角速率、迎角的實(shí)際值反饋，并與給定的艦載機(jī)垂直爬升速率經(jīng)過(guò)指令模型放小后的值進(jìn)行比較，通過(guò)改變升降舵的偏角來(lái)實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)垂向速度穩(wěn)定在給定的垂直爬升速率指令，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)離艦后以給定的垂直爬升速率爬升。如圖2所示，所述縱向控制增穩(wěn)回路包括俯仰角速率反饋、迎角反饋和法向過(guò)載反饋回路，迎角反饋能夠?qū)崿F(xiàn)迎角限制，使飛機(jī)具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度；俯仰角速率反饋能增加飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng)阻尼，設(shè)置洗出網(wǎng)絡(luò)是為了濾除低頻穩(wěn)態(tài)信號(hào)，使系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)信息不產(chǎn)生阻尼；法向過(guò)載反饋使駕駛桿力的信號(hào)與飛機(jī)法向加速度對(duì)應(yīng)。縱向控制增穩(wěn)回路的控制律為：其中，Δδe為升降舵偏角增量，Kc、Kci分別為增穩(wěn)控制回路控制律P、I參數(shù)，s為復(fù)變量，Ws為駕駛桿操作量，Ks為駕駛桿操作控制律P參數(shù)，Kaz為法向過(guò)載控制律P參數(shù)，λaz為法向過(guò)載反饋濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，az為實(shí)際法向過(guò)載反饋量，Kq為俯仰角速率控制律P參數(shù)，λq為俯仰角速率反饋洗出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，q為實(shí)際俯仰角速率反饋量，F(xiàn)α為迎角限制反饋量。假設(shè)則其中，Kα為迎角控制律P參數(shù)，α為實(shí)際迎角反饋量，αmax為允許的最大迎角值。縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)在內(nèi)回路縱向控本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，其特征在于：采用縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛及其飛行進(jìn)行控制；所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)以縱向控制增穩(wěn)回路為內(nèi)回路，垂向速度回路為外回路，艦載機(jī)離艦后垂直爬升速率作為控制指令，采用PID控制方法，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)離艦后以給定的垂直爬升速率爬升；所述橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)采用副翼與方向舵協(xié)調(diào)控制的方法，對(duì)艦載機(jī)在航母上滑跑時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向偏移和側(cè)滑角進(jìn)行抑制和消除，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定；所述自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)將速度信號(hào)反饋給控制器，通過(guò)控制油門(mén)來(lái)控制艦載機(jī)的速度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，其特征在于：采用縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)艦載機(jī)滑躍起飛及其飛行進(jìn)行控制；所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)以縱向控制增穩(wěn)回路為內(nèi)回路，垂向速度回路為外回路，艦載機(jī)離艦后垂直爬升速率作為控制指令，采用PID控制方法，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)離艦后以給定的垂直爬升速率爬升；所述橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)采用副翼與方向舵協(xié)調(diào)控制的方法，對(duì)艦載機(jī)在航母上滑跑時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向偏移和側(cè)滑角進(jìn)行抑制和消除，使艦載機(jī)保持側(cè)向穩(wěn)定；所述自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)將速度信號(hào)反饋給控制器，通過(guò)控制油門(mén)來(lái)控制艦載機(jī)的速度；所述縱向控制增穩(wěn)回路的控制律為：其中，Δδe為升降舵偏角增量，Kc、Kci分別為增穩(wěn)控制回路控制律P、I參數(shù)，s為復(fù)變量，Ws為駕駛桿操作量，Ks為駕駛桿操作控制律P參數(shù)，Kaz為法向過(guò)載控制律P參數(shù)，λaz為法向過(guò)載反饋濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，az為實(shí)際法向過(guò)載反饋量，Kq為俯仰角速率控制律P參數(shù)，λq為俯仰角速率反饋洗出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，q為實(shí)際俯仰角速率反饋量，F(xiàn)α為迎角限制反饋量；所述縱向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)控制律為：其中，λhd為垂直爬升速率指令模型參數(shù)，為設(shè)定的垂直爬升速率，為實(shí)際垂向速度反饋量，Khp、Khd分別為垂向速度控制律P、D參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦載機(jī)滑躍起飛自動(dòng)飛行控制方法，其特征在于：所述橫側(cè)向自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)控...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：甄子洋，李康偉，王新華，江駒，孫一力，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32