基于改进舰尾流模型和多层耦合分析的机载雷达测量建模

为提高复杂海洋环境中无人舰载机(Unmanned carrier-based aircraft, UCA)自动着舰时导航定位的准确性,研究舰尾流对机载雷达测量过程的动态影响问题,建立一种基于多层级耦合性分析的测量影响动态建模分析方法.首先,利用直接分解法和前向差分法建立一种基于离散化状态空间的时变舰尾流模型,以克服传统传递函数方法存在的局限性;其次,基于舰尾流各分量均与飞机飞行速度相关的客观事实,通过在时变系统中考虑舰尾流分量间的相互作用关系来构建一种更符合实际系统特征的分量自耦合舰尾流模型;紧接着,采用UCA姿态角变化能够改变坐标转换矩阵的思想,研究舰尾流与UCA位姿变化间的耦合联系,提出一种准确性更高的舰尾流对UCA位姿的深度影响模型;然后,以航母姿态变化对舰载雷达测量结果的影响模型为基础,通过考虑本研究场景的内在特性,建立UCA姿态变化对雷达测量结果的影响模型分析方法;紧接着,采用示意图方式获得位移变化对机载雷达测量结果的影响模型;最后,针对舰船受海洋大气(风、浪、流)干扰而出现失速这一现象,建立实际海洋环境中舰尾流对机载雷达测量结果的非线性非高斯影响分析模型.仿真实验研究验证了上述模型分析方法的有效性和优越性.

MAGIC CARPET着舰的舰尾流抑制

研究了魔毯(MAGIC CARPET)着舰的舰尾流抑制方法,分析了魔毯着舰的FPAH和DP两个控制模态,以及常规着舰的姿态和Hdot两个控制模态,参照魔毯试飞情况进行下滑着舰实验,在松杆(无杆指令)状态下输入舰尾流,考察以上4种控制模态的舰尾流抑制情况。从信号流图和时域上分析了实验现象结论的内在机理。最后得出了舰尾流抑制能力从高到低的排序。

舰船尾流场实船测量技术浅析

舰船尾流场是影响舰载直升机安全起降的关键环境条件,其实船测量技术的发展一直备受关注。本文从分析国内外舰船尾流场实船测量研究现状入手,梳理出拉烟形态显示、方向动压探针阵列测量、超声波测风、激光测风雷达、量子测风雷达等5种典型尾流场实船测量技术,并依据主要性能指标对这5种技术进行对比分析,最后对舰船尾流场实船测量技术发展进行总结与展望。

基于线性自抗扰控制的纵向舰载机直接升力全自动着舰控制

舰载机的最终着舰过程受到强烈的舰尾流的干扰,为了抑制舰尾流扰动,本文提出一种基于径向基函数神经网络(radial basis functions neural network,RBFNN)结合线性自抗扰控制(liner active disturbance rejection control,LADRC)的创新设计方法,确保舰载机直接升力控制自动着舰系统的鲁棒性。LADRC将阵风扰动和系统不确定项作为总扰动,通过线性扩展状态观测器(liner extended state observer,LESO)对总扰动进行估计,并通过线性反馈控制律进行补偿,然后根据系统状态利用RBFNN在线调整LADRC控制器的参数,并构建Lyapunov函数以证明闭环系统的稳定性。舰载机跟踪理想下滑道的仿真结果表明,RBF-LADRC的抗干扰性、鲁棒性和跟踪精度均优于与之对比的控制方法。

基于CVG的滑跃甲板尾流抑制

滑跃甲板对于提高舰载机起飞性能有重要意义,但是滑跃甲板会加剧舰尾流的湍流度,造成甲板上方和下滑线附近气流高度不稳定,影响舰载机起降安全。本文采用RANS/LES混合的DES方法,对平直甲板和滑跃甲板尾流进行数值模拟。结果表明,滑跃甲板后方存在巨大的分离区,对甲板上表面和着舰下滑线附近气流产生很大的影响,导致甲板附近x方向风速度降低,提高了对舰载机起飞和降落速度的要求。同时,速度波动幅值增大,对舰载机精准航迹控制有不利影响。为有效抑制滑跃甲板造成的舰尾流影响,提出了一种基于柱状涡流发生器(cylindrical vortex generators,CVG)的滑跃甲板尾流抑制方法,可有效降低滑跃甲板产生的影响。柱状涡流发生器可以有效减弱滑跃甲板导致的前甲板分离区,使得甲板流场更加稳定。相比无CVG时,有CVG时甲板x方向风速更高,风速波动功率谱密度(PSD)降低20~40 dB,恢复到与平直甲板相当的程度,可有效提高舰载机的起降安全性。

基于增量动态逆的无人机着舰控制方法

针对舰载无人机着舰过程中的甲板运动、舰尾流等问题,提出一种基于舰机相对运动的舰载无人机增量动态逆着舰控制方法。在舰机相对运动和相应几何关系的基础上,推导出甲板运动情况下的相对下滑角与绝对下滑角之间的数学关系,从而实现对理想着舰轨迹线的精确跟踪;设计增量动态逆控制律,在充分利用测量信息的基础上摆脱对模型精度的过度依赖,在保证跟踪精度的同时能够有效降低计算负荷。仿真结果表明:该方法能够精确跟踪理想着舰轨迹,有效降低甲板运动对着舰精度的影响,同时设计的增量动态逆控制器具有较强的鲁棒性。

舰尾流下自动着舰进场动力补偿的仿真与分析

着舰过程中舰尾流影响舰载机高度和速度,造成着舰偏差,甚至会导致复飞。针对舰尾流造成舰载机自动着舰落点精度差的问题,本文首先介绍传统速度恒定动力补偿、迎角恒定动力补偿2种方案,并对迎角恒定动力补偿控制方案进行改进,减小纵向高度通道与速度通道的耦合程度,降低舰尾流对下滑道控制精度的影响。通过数学仿真对比了3种方案抑制舰尾流稳态分量的效果。仿真结果表明,改进的迎角恒定动力补偿方案能够有效抑制舰尾流垂直分量的影响,并能够改善舰尾流水平分量的影响。

采用改进AlexNet技术的飞机尾流识别技术研究

在RECAT-CN的推行背景下,为解决飞机尾流间隔过于保守而导致的跑道利用率低、航班延误时间长等问题,提出了采用改进AlexNet神经网络的方法识别近地阶段飞机尾流,针对尾流云图特征,采取了数据增强对原始图像进行了处理,同时保留其背景大气特征,并通过Hash编码特征转换得到定长数据来减轻网络计算复杂度及时间成本,试验结果表明,改进后的网络模型识别准确率均在90%以上,该算法具备识别有效性。

舰尾流对舰载机着舰轨迹和动态响应的影响研究

建立了飞机着舰下滑穿越舰尾流的六自由度飞行动力学模型。引入舰尾流数学模型,对下滑着舰过程进行了动态仿真。结果表明,舰尾流的周期性分量、稳态分量和随机大气紊流分量是飞机迎角和姿态变化的主要因素,最终导致实际着舰点偏离理想着舰点。

舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨

CFD技术已经广泛应用于舰船水流场的分析计算研究领域,而在舰船空气流场研究中的应用趋势正在逐步增强,目前国内在该领域的研究工作还处于起步阶段。从现代舰船气流场的研究发展现状、舰船空气流场CFD数值计算方法的选用以及实例数值计算,探讨了数值模拟舰船气流场的可行性,并通过将计算实例的数值计算结果与其对应状态的风洞试验结果进行对比分析,验证了计算结果的合理性,结果显示,利用CFD工具在定常条件下对舰船空气流场的模拟计算方法是可行的。

变化风场对舰载飞机着舰安全性影响

建立了复杂环境下舰载机进舰着舰的数学仿真模型,并通过大量的仿真计算,研究了舰尾流和侧风风场对舰载机进舰着舰安全性的影响,给出了一定进舰条件下舰载机所能抗御的最大侧风强度.研究结果表明,舰载机在进舰过程中必须通过驾驶员操纵抑制舰尾流扰动,否则将引起较大的着舰偏差,影响着舰安全;对于一定的进舰初始条件,舰载机只能抗御一定强度的侧风,超出允许侧风强度时舰载机将不能成功着舰.

基于模型参考模糊自适应的舰尾流抑制方法

舰尾流扰动是造成舰载机着舰误差的重要原因,为抑制舰尾流的影响,提高着舰精度,本文提出了一种基于模型参考模糊自适应系统(Model reference fuzzy adapting system,MRFAS)的舰载机着舰飞行控制律设计方法。以某舰载飞机为研究对象,在设计过程中,将自适应控制和模糊参数整定有机结合,构建了舰载机着舰的智能H飞行控制系统,加入不同海况下的舰尾流,对其舰尾流抑制效果以及该系统的自适应性能进行了仿真验证。结果表明,该设计方法不仅能够有效抑制舰尾流,使着舰误差精度提高约7.2%,而且可以提高跟踪理想下滑轨迹的快速性,同时利用该方法设计的飞控系统具有很强的自适应能力,从而更好地保证飞机的着舰安全。

上层建筑形式及布局对舰船空气流场的影响

舰船上层建筑是诱发舰船舰面空气湍流的主要因素,对于具有全通飞行甲板的舰船,其岛式上层建筑的外形及布置则出现了多样化的趋势,对迎风方向后方的气流场形态势必会产生影响。为了解上层建筑外形及布局形式的变化对舰船空气流场,尤其是对舰载机起降影响的初步规律,通过定常同等试验工况条件下,建立多种形式的上层建筑以及变化研究模型上层建筑纵向的布置位置的数值三维模型,对5种模型分别进行数值模拟计算,分析和观察由此产生的气流场变化,对计算结果进行取值分析。通过各模型及原型舰模型间气流场特性的对比,所得出的有关结论与目前实际的舰船产品所采用的布置形式决策是一致的。

舰船空气尾流场特性研究

舰船空气尾流场是舰载直升机在非航空型舰船（驱逐舰、护卫舰等）上起降或者在这类舰船附近作业时的主要环境条件，是危及舰载直升机飞行安全的主要因素之一。现以机－舰动态干扰为研究目的，通过各种试验结果的相互比较、验证，综合分析了舰船空气尾流场特性。着重研究了尾流场中涡流区的范围及变化规律、下洗速度的大小、下洗范围及变化规律，为机－舰动态配合的试验提供了可靠的依据。另外，还结合飞行实践简要地分析了直升机进入尾流场后的反应。

针对舰艉流抑制的ACLS纵向控制律优化设计

舰艉气流扰动是造成舰载机着舰误差的一个主要因素,因而自动着舰系统需要具有较强的对抗扰流能力。本文借鉴美国F/A-18A飞机自动着舰控制器基本构型,对算例舰载机完成了纵向着舰控制系统优化设计。针对舰艉流随机性分量,利用遗传算法对控制回路参数进行离线寻优,寻优过程兼顾了系统时域性能指标和频域安全边界约束;针对舰艉流稳态分量,在固定参数寻优结果的基础上加入内回路补偿指令以实现控制系统对完整舰艉流的最优抑制;通过仿真验证优化后的控制系统。结果表明,所提出的优化方案可行有效,优化后的自动着舰系统具有更好的指令响应特性以及更强的鲁棒性,提高了舰载机着舰精度。

舰船空气尾流场对直升机着舰的影响研究

舰船空气尾流场是直升机舰上起降时的主要环境条件,对直升机的操稳性能及飞行安全有很大的影响.通过某型舰模风洞试验的PIV结果,介绍了舰船空气尾流场特性,如:等速度场和截面流线图、舰船机库脱体涡等,分析了下冲气流、涡流区及开/关机库大门等对直升机着舰的影响,对保障直升机飞行安全有重要价值.

舰载直升机着舰动力学分析

直升机的舰上起降是研究机－舰动态配合的主要内容，它是直升机起降安全和充分发挥其潜力的有力保证、为此从直升机舰上起降的特点出发，分析了舰船运动特性、空气尾流场变化规律。对直升机着舰及其着舰后的甲板运动动力学进行了研究。最后简要地介绍了“风限图”的情况。

舰载机进舰过程舰尾流仿真建模

复杂的海洋大气环境会导致舰船在航行过程中产生舰尾流,为保证飞机安全着舰,对舰载机进舰过程舰尾流进行仿真建模。分析舰船在航行过程中产生的舰尾流,结合美军标中关于舰尾流的相关说明,通过对其各个分量建模并进行模拟,建立较完整的舰尾流扰流模型。通过计算机仿真,得出总的舰尾流在水平方向和垂直方向产生的扰动速度。该研究可为后续舰载飞机着舰控制系统的设计提供参考。

舰载机自动着舰模糊控制系统设计

对于舰载机全自动进场着舰优化过程,由于在舰载机线性小扰动模型整定的控制系统中,参数不能随飞行状态的改变而调整,系统鲁棒性不强。为解决上述问题,针对自动驾驶仪和自动油门两个环节设计了模糊控制器,构成自动着舰模糊控制系统。模糊控制器的输入是下沉率,迎角、法向过载反馈信号,而其结构参数可根据所设计的模糊规则集实时调整。对设计的模糊控制系统进行仿真后发现,与传统H-dot指令模式的自动着舰控制系统相比,模糊控制系统能明显地改善系统超调,并且对舰尾气流扰动有良好的抑制作用。

水中气泡尺度计算的图像处理方法

舰船尾流场中气泡幕的存在,使得舰船尾流区域的海水的光特性与周围海水的光特性有很大差异,利用尾流场光学特性的异变,可作为水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要手段。尾流中气泡大小、浓度对于研究对光在海水中传输特性有很重要的意义。文中给出了在实验室条件下用图像处理方法计算水中微小气泡尺度的方法,实验结果对于研究舰船尾流场的光学特性有实际意义。