美国航母联合精确进近着舰系统

联合精确进近着舰系统(JPALS)是一个军用、全天候的精确着陆/着舰系统,使用差分GPS为飞机提供全世界范围内的陆地或者海上降落的能力。对于航母舰载机的着舰来说,联合精确进近着舰系统将取代现役航母上的海上战术空中导航系统(TACAN)和AN/SPN-46雷达,负责舰载机的进近和着舰控制。本文主要研究联合精确进近着舰系统的技术优势、系统构成、关键技术以及研制进程。

MAGIC CARPET着舰对甲板运动的控制策略

MAGIC CARPET是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。MAGIC CARPET着舰性能很优秀,但受甲板运动的影响较大,因此研究应对甲板运动的策略十分有必要。首先,分析了航母运动和光学下滑道稳定方式;然后,分别研究了下滑道惯性稳定、下滑道线稳定时的MAGIC CARPET着舰,并得到了相关结论;理论分析和实时仿真表明该策略与美军试飞结果具有很好的一致性;最后,分析了下滑道稳定方式的选择方法。研究结果为飞机着舰和直接力控制提供了参考。

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。

基于直接力的着舰航迹动态逆控制仿真研究

面对舰载机人工进场着舰精确航迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用两层并联动态逆控制框架设计基于直接升力的精确着舰航迹控制方案,具体采用控制分配处理直接升力面与常规舵面的舵效耦合和多操纵面问题,并从航迹与姿态解耦角度出发,仿真分析了所提的控制框架,证明了它在实现舰载机“魔毯”式精确着舰中的有效性,最后采用全量非线性E-2C涡桨飞机模型仿真验证控制效果可行,满足着舰航迹控制要求。

舰载战斗机夜间着舰引导方式初步研究

回顾总结了舰载机夜间着舰发展历程,梳理了其夜间着舰流程和引导模式,分析了夜间着舰特点,分类阐述了夜间着舰引导系统的功能和使用现状,为我国舰载机夜间着舰技术发展提出了借鉴思路。

基于直接升力与动态逆的舰尾流抑制方法

在复杂的作战和着舰环境下,舰尾气流扰动是着舰误差的最主要来源之一。如果在着舰下滑阶段利用直接升力控制(DLC)的快速性和解耦性能力,可以极大地减轻飞行员着舰操纵负担并且提高着舰最后阶段对舰尾流的抑制能力。从航迹调节和姿态稳定的解耦角度出发,提出在非线性动态逆(NDI)控制框架下实现基于直接升力的着舰控制律方法,并通过建立含有舰尾流扰动的E-2C全量飞机仿真模型进行验证。结果表明:在非线性动态逆控制中引入直接升力的舰载机着舰控制律,可以实现在着舰下滑阶段姿态稳定的同时,通过直接升力快速解耦调节航迹误差,并且在引入舰尾流干扰的情况下,具有快速修正下滑倾角误差、抑制舰尾流干扰的能力,最终达到显著提高着舰精度的效果。

基于非线性动态逆的舰载机直接升力航迹控制

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接升力解耦控制角度出发,设计了两层NDI回路;然后,采用合理的控制分配方法实现直接升力的舵面分配。仿真结果表明,所提出的精确着舰控制方法能够有效实现"魔毯"式航迹操纵。

基于增量动态逆框架的舰载机直接升力航迹控制

直接升力在舰载机下滑着舰过程中可以快速修正航迹误差、解耦航迹操纵复杂度。为了使直接升力控制充分实现上述改善效果和控制目标,利用逆反馈控制中的增量动态逆方法搭建了着舰模态控制律基础框架,同时在航迹控制通道上实现了直接升力控制。在数学推导动态逆与增量形式异同的基础上,仿真验证了两种控制框架实现直接升力的有效性。仿真结果表明,在增量动态逆着舰框架上实现的直接升力航迹控制具有更高的鲁棒性。