基于飞机状态的备件动态规划技术

伴随民航业的竞争日趋激烈,航空公司迫切需要控制成本以提升效益。民机备件既是直接影响飞行安全的关键因素,备件成本又在航空公司可控成本中占比最高。因此,在保证飞行安全的前提下做好备件规划,对航空公司有至关重要的意义。根据民机备件的安全级别、故障修复时限等对备件分级设置保障率水平,采用符合备件故障特性的马尔可夫生灭过程,建立满足给定保障率水平的备件量计算模型,并在此基础上建立以保障成本最低为目标函数,满足保障率水平为约束函数的备件量动态规划模型。基于飞机状态分析历史故障数据、季节性、日利用率、机队规模对备件保障的影响,在所建模型中将故障率季节性差异、日利用率和飞机停场损失淡旺季差异进行评估以减小计算结果与实际需求的偏差。以H航空公司ERJ-190机型显示组件为例,对所建模型进行应用验证,计算结果与H航空公司运营实际相吻合,证明所建模型可为航空公司备件规划提供技术方法支持。

通信速率约束下一体化角度协同制导控制方法

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次传输数据的字长、两次传输数据间隔的通信速率约束,采用量化器-编码器-解码器实现限制通信速率情况下的协同一体化制导控制设计。之后,通过严格的理论分析证明了满足强连通图有向通信网络下,多飞行器系统能够达成一致性且收敛到期望的相对视线角,并给出了满足收敛条件的参数选择范围。最后,通过数学仿真校验,验证了所提出的方法在较低的通信速率下能够完成协同。

有向切换拓扑条件下针对机动目标的分布式协同制导方法

针对多飞行器对机动目标的协同制导问题,在视线坐标系下建立飞行器-目标相对运动模型,在此基础上将协同制导问题分为视线角协同以及命中时间协同2个子问题。基于扩张状态观测器分别在视线方向以及视线法向设计了分布式协同制导律。通过一致性分析证明了所设计的制导律在有向切换拓扑条件下的收敛性,并通过数值仿真的方式进一步验证了制导律的有效性。

基于SSA-TSVR的飞机状态预测方法研究

为了构建地面飞行安全态势监测系统,针对飞机状态数据向地面传输过程中出现数据传输异常情况而导致无法对飞机状态进行实时监控的问题,提出一种基于SSA-TSVR的飞机状态预测方法,使用随机森林算法对真实飞行数据进行特征重要度分析,筛选与待预测飞机状态参数关系密切的重要参数,获得待预测参数与飞行数据间重要度关系;通过孪生支持向量回归算法建立预测模型,对缺失的关键飞行状态参数进行预测;并运用飞鼠搜索算法对孪生支持向量回归模型进行优化,根据不同预测对象选择对应的最优核函数,提高了模型预测精度;以飞行高度、速度为预测对象进行实验验证,预测模型实现了利用不完整飞行数据对飞机状态进行准确预测,对飞机飞行状态监测有着重要意义。

基于Stateflow的民机自动飞行工作模式切换

Stateflow是有限状态机原理的图形化实现,可以实现连续状态间的切换.民机的自动飞行系统在各个飞行阶段对应着几十种工作模式,正是一个有限状态机系统.文中基于Stateflow对各工作模式及其逻辑关系进行了建模,实现了工作模式模型对其对应的控制律的调用,并对制定的飞行任务进行了仿真.结果表明,民机自动飞行系统工作模式间的切换可以通过Stateflow较好地实现.

火灾场景下宽体客机人员疏散风险分析

为应对客机迫降时因不确定性撞击可能导致的航空燃油泄漏火灾事故,分析客机客舱火灾场景下的乘客疏散风险,利用PyroSim和Pathfinder软件,综合模拟研究空中客车A350-900型宽体客机迫降时处于水平和前倾2种状态下的客舱火灾动态发展态势及满载时的乘客应急疏散问题,精细化计算客舱内312个座位处的剩余疏散时间,分析客舱各处的疏散风险。研究表明:客舱内的烟气温度和CO体积分数往往率先达到危险临界值,公务舱和超级经济舱的整体可用疏散时间比经济舱长;靠近出口位置和人员较少的公务舱与超级经济舱疏散更快,经济舱由于采用“3-3-3”式横向排布人员密集,导致中部人员必需疏散时间长;客机前倾对客舱火灾发展的影响较为明显,而对整体疏散效率的影响并不突出。

激光器工程化与清洗应用中的技术突破(特邀)

文中介绍了千瓦级准连续全固态激光清洗样机研发的关键技术。激光清洗工程样机配合三维龙门运动平台形成激光清洗工业平台。简介针对钢轨表面除锈和飞机复合材料蒙皮除漆的激光清洗机制模型,从样品识别、过程监测、结果检测三方面介绍激光清洗监控方法。对60钢轨激光除锈和飞机铝制蒙皮光进行除漆,笔者课题组获得了激光清洗的最佳工艺参数,清洗效率指标通过专家测试。

加速非定常影响下跨介质飞行器终端滑模控制

为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段数学模型,简化为控制器设计导向的误差模型。为处理系统中的复杂扰动,设计模型参考形式的有限时间收敛状态观测器对系统不确定性进行观测补偿,并基于高阶滑模趋近律设计非奇异终端滑模控制器,完成控制系统设计,并通过Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可有效抑制扰动对系统的影响,可实现考虑加速非定常影响下的跨介质飞行器深度与姿态的高精度控制。

倾转旋翼机涡环状态数值模拟及数学建模

倾转旋翼机垂直下降或斜下降过程中包含极为危险的涡环状态,为掌握涡环状态下其气动载荷、流场变化规律,建立涡环边界数学模型,为相应飞行仿真和飞行试验提供数学模型。采用基于滑移网格技术的CFD方法模拟了倾转旋翼机的涡环状态,研究了倾转旋翼机垂直下降飞行时涡环状态流场、力和力矩的演变规律,提出了倾转旋翼机涡环边界计算方法,并得出了涡环边界解析表达式。结果表明:与直升机涡环状态的主要区别为,倾转旋翼机的机翼降低了单个旋翼涡环状态的影响,但倾转旋翼机旋翼分布的对称性,提高了飞行器滚转力矩失衡的风险;倾转旋翼机垂直下降速率v_(H)/v_(h)为0.9左右时,会进入成熟的涡环状态,旋翼拉力损失最大,为18%;倾转旋翼机垂直下降时的涡环状态对应的下降速率为0.583≤v_(H)/v_(h)≤1.516,风险一方面来源于倾转旋翼机左、右两部分旋翼拉力不对称导致倾覆,一方面来源于倾转旋翼机旋翼拉力损失过大导致坠毁;根据涡环状态危险程度,建立了垂直下降和斜下降状态的涡环边界数学模型。结果可为倾转旋翼机的设计和安全飞行提供下降速度规避依据。

国家武力攻击民用航空器的国际法规则研究

自航空器发明以来,国家对民用航空器使用武力而酿成悲剧的事件时有发生。当前,关于航空器的法律定义已基本明确且符合航空业的现实需要。现行国际法航空器规则主要包括领空主权原则、航空器的一般规则和特殊法律制度,但仍存在武力攻击航空器规则缺位、武力行为的法律性质及相应的国际责任和承担方式不明确、人本化及和平理念尚未贯彻等问题。针对上述问题,其法律机制的完善路径包括:完善武力攻击民用航空器的防止和惩治机制;构建统一的国家对民用航空器使用武力的国际法规则;在国际立法、实践中深化人本化及和平理念。

民用飞机操稳试飞中的临界状态确定

民用飞机适航规章常常要求飞机在最临界的情况下具有适航性,但条款本身又经常未明确给出具体的规定。FAA(美国联邦航空管理局)发布的咨询通告及EASA(欧洲航空安全局)的符合性方法虽然提供部分科目的临界情况指导,但是指导并不全面,而且也没有原理性说明。为分析及明确民用飞机适航规章的临界情况,该文从试飞目的出发,分析条款要求,依据可接受判据,运用飞行力学原理,给出民用飞机操稳试飞中的临界状态确定的分析过程及结论,所用分析过程及结论可为民用飞机的型号试飞提供有益参考。

电动飞行器用电池SOC估计算法多指标量化研究

电动飞行器用储能电池系统具有比能量高、老化速率快、电磁环境复杂等特点,存在荷电状态(SOC)估计不准、可用能量受限、算法鲁棒性降低等问题。提出一种SOC估计算法多指标量化分析方法,基于分析算法实时性、工况适应性、噪声鲁棒性、估算精准性四个性能6个指标,综合评估多个SOC估计算法在储能电池系统中的应用潜力。结果表明:SMO观测器具有较好的估计精度和实时性;EKF、UKF、HIF具有相似的估算精准性和算法收敛速度,HIF算法具有更强的抗噪声鲁棒性。

基于SDRE的变体飞行器LPV稳定控制

针对变体飞行器飞行过程中存在的外部扰动和参数不确定性问题,提出一种基于状态相关黎卡提方程(state-dependent Riccati equation,SDRE)的线性变参数(linear parameter varying,LPV)稳定飞行控制方法。首先,基于变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外部扰动、系统参数误差以及变形产生的附加干扰,并通过雅克比线性化方法,得到LPV系统模型。其次,针对考虑复合干扰的LPV模型,设计基于SDRE的控制律,并利用θ-D方法进行求解。最后,利用蒙特卡罗方法仿真验证了所提方法能够有效抑制复合干扰,实现飞行器的稳定飞行控制,具有较强的鲁棒性能和抗干扰能力。

基于改进HHO的飞机平衡状态求解

针对求解飞机平衡状态依赖初值选取的问题,提出一种改进哈里斯鹰优化算法(Improved Harris Hawks Optimization,IHHO)。该算法修改HHO全局搜索策略,利用种群中部分随机个体间距离的均值更新哈里斯鹰位置,扩大种群分布范围,减少求解初期算法受初值影响;对猎物体能模型增加一个随迭代次数变化的调整因子,动态调节IHHO搜索策略,避免算法陷入局部最优。使用IHHO求解飞机平衡状态,实验结果表明,该方法可解决对初值选取依赖的问题。

基于不确定LPV系统的变体飞行器姿态控制

针对变体飞行器姿态控制系统,提出一种基于双层多面体描述的LPV多目标控制器,同时考虑调度参数的变化和系统不确定性的影响。第一层多面体用于管理调度参数并在顶点不确定系统上设计增益调度控制器;第二层多面体建立在每个顶点系统上以进行闭环控制系统的鲁棒设计。上述控制器求解问题最终可转化为求解一组有限数量的线性矩阵不等式。仿真结果表明,在所设计控制器作用下,变体飞行器系统可较好的跟踪攻角参考信号,同时具有良好的鲁棒性能。

货机货物装载系统热态测控虚拟仿真实验设计

货机货物装载技术国产化需求日益显著,该文结合新工科建设和“自动控制原理”课程教学需求,设计了货机货物装载热态测控虚拟仿真实验。采用SolidWorks/3DMax实现了装载系统关键组件与整机货舱的三维视景建模,利用MATLAB建立了装载系统控制、装载方案优化与多传感器测量理论模型,并开发了状态参数调控动态链接库函数接口,实现了装备认知、方案设计、热态测量和实时控制等实验内容模拟。该实验有效填补了教学环境与特殊工业现场的认知差距,激发了学生对课程理论学习和工业实际应用的兴趣,取得了较好的实验效果。

双机编队空战仿真模型设计

双机编队空战仿真是联合空中作战对抗仿真的基础和关键。为了满足双机编队空战仿真模型的灵活运用需求,基于装备能力和作战过程研究了战斗机概念模型和编队空战概念模型,并采用状态机建模方法构建双机编队空战行为仿真模型,实现双机编队包以德循环(OODA)作战流程仿真。按照空战各个阶段设计双机编队离散态势感知和行为方法,给出基于专家经验的决策方法。本文通过研究双机编队空战建模方法,为双机编队空战仿真提供参考。

基于ESO补偿的故障舰载机滑模容错着舰控制技术

舰载机着舰是一项具有强非线性、强耦合性、环境干扰复杂等特点的系统工程。舰载机故障状态下的自动着舰任务更是极具风险与挑战。针对舰载机着舰过程中执行器随机漂移故障、部分损伤故障所引起的控制系统性能恶化问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)补偿的滑模容错控制方法。该方法通过ESO对系统的未建模动态、舰尾流扰动以及故障状态进行实时精确估计,进而设计滑模控制律确保误差收敛,采用高阶线性微分跟踪器(LTD)获取控制律所需的各阶微分信号。仿真结果表明,所设计的方法具有良好的跟踪性能、抗干扰能力以及故障容错性能。

美国无人机蜂群研究现状分析

美国目前控制全球35%的无人机市场,是全球最大的无人机市场,也是最早研究无人机蜂群作战技术的国家之一。因此,当前美军的无人机蜂群作战技术在一定程度上代表了国外先进的无人机蜂群技术。了解、掌握目前美国先进的无人机蜂群作战技术对我国无人机蜂群作战系统的开发、提升和完善以及对防空系统功能的扩展、增强和完备都有着积极的意义。文章首先简要介绍了无人机蜂群作战的概念,然后以目前美国几种先进的无人机蜂群作战项目为代表,概述美军无人机蜂群作战计划的研究现状。

基于LESO的舰载机纵向着舰动态面抗饱和控制技术

对具有输入饱和、舰尾流扰动以及强耦合性的舰载机纵向自动着舰系统(ACLS)模型,设计了一种基于线性扩张状态观测器(LESO)的高阶系统动态面控制(DSC)策略。在传统DSC的基础上,引入LESO对系统内外扰动进行实时观测和补偿,并在LESO框架内设计了一种基于误差补偿的抗饱和方法,有效抑制了输入饱和对系统性能的影响。采用线性微分跟踪器(LTD)代替传统动态面方法中的一阶低通滤波器,避免了反步法“微分爆炸”的同时输出了所需的微分信号。根据Lyapunov理论进行了稳定性分析,并在MATLAB/Simulink环境下通过仿真验证了所设计方法的有效性。