基于起飞分析的机场障碍物评估软件的设计

机场障碍物主要影响起飞越障限制重量和起飞安全,同时机场障碍物评估是航空公司性能工程师日常主要计算工作。针对机场起飞航径区内的所有障碍物,按照CCAR121部的规定,建立民用机场障碍物信息数据库,利用编程语言设计障碍物评估软件,识别附近的障碍物是否为重要障碍物,同时将重要障碍物信息自动转换为飞机性能软件对应的输入接口文件,便于后续的起飞越障计算,可以快速提高性能工程师的计算效率。

基于TECS的舰载机轨迹角控制研究

舰载机进近着舰时多面临轨迹稳定性的问题。轨迹稳定性的下降和飞机进入第二平飞状态时阻力急剧增大有关,此时飞机的轨迹变化和操纵期望不匹配,突出表现为飞机总能量的急剧发散。对此基于总能量控制(TECS)的思路,设计了舰载机在轨迹不稳定性情况下的轨迹角控制器,经同常规动力补偿系统(APCS)的对比和蒙特卡洛拉偏仿真,表明基于TECS设计的轨迹角控制器,对于解决轨迹不稳定问题,有重要的工程意义。

基于蚁群融合D*Lite的动态改航路径规划

危险天气下的改航与受限区划设和路径规划算法密切相关,本文针对改航环境构建中Graham扫描结果存在较大无效区域,提出分块后并行扫描.针对危险天气的突发性,为了适用于复杂环境,提出在增量式的D*Lite全局规划路径基础上智能分割、蚁群算法局部搜索的复合结构动态规划方法.通过改进信息素更新策略解决收敛速度慢、耗时长且易陷入局部最优的缺点.实验结果表明,分块并行Graham扫描划设的飞行受限区形状更接近实际,面积缩至原先的48.1%.改进蚁群融合D*Lite的复合结构动态路径规划算法D*Lite-ACO兼顾全局与局部,将重规划范围控制到当前位置与目标点间,在路径长度、规划时间和迭代范围上的评价指标分别提升1.2%、40.7%、66.7%.

基于监视数据的实时飞行流量计算算法的设计与实现

实时飞行流量计算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。本文构造了一种基于监视数据的实时飞行流量计算算法。算法将空域分为面空域、线空域和点空域三类,并针对3类空域结构设计了飞行流量计算方法,设计了避免重复计算处于特殊位置的航空器的计算流程。利用真实飞行轨迹进行验证,本文算法能实时计算出各类空域单元的交通流量,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,是一种合理有效的实时飞行流量计算方法,具有一定的参考价值和实用性。

偏航极值分析下的UAV航迹保护区设计研究

小型无人航空器(UAV)目前广泛采用自主导航的形式执行任务。该文整合UAV作业公司任务数据并通过计算机成像,绘制历史轨迹所覆盖的区域进行图片数字化分析,使用汽泡算法进行计算机代码编辑并计算,确定轨迹和预定线路之间的最大偏离。首次定义了UAV航迹保护区的基本概念和产生因素,并使用最大偏航距离结合ICAO8168规章,计算得出当前导航精度下的UAV航迹保护区设计规范,运用获取的设计规范进行实际试飞验证。验证结果表明,UAV航迹保护区的使用,可使多架次无人机同时升空,增加单位空域内任务飞行器的数量,缩短任务总执行时间,从而实现安全管控的目的。

基于概率路线图法的窄道采样与轨迹优化

提出一种结合莱维飞行和概率路线图法(Lévy-probabilistic roadmap,LPRM)的路径规划算法。将莱维飞行方法应用于窄道采样,障碍物中的随机点通过莱维飞行走至自由空间,并延长碰撞测试来确保采样点位于窄道内,提升狭窄区域的采样质量与效率;为避免大量无效点的生成,在采样前先对地图进行预处理,膨胀障碍并对其进行边界提取,根据边界信息计算狭窄区域采样点数量,保证了全图采样的合理分布;进一步考虑移动机器人的实际工作情况,采用分段贝塞尔曲线对路径轨迹进行优化使其符合运动学约束,提高移动机器人的机动性。仿真实验在不同环境地图下对比了LPRM、传统概率路线图(PRM)和桥测试3种算法,结果表明LPRM算法相较两者在单一窄道环境下规划效率分别提升35.1%和32.2%,在复杂环境下其规划效率分别提升32.9%和15.5%,且提前400和100个采样点达到收敛,规划效率和成功率显著提高,总体耗时更短、路径更优,能减少移动机器人本身的能耗,提高整体工作效率。

飞机反区速度矢量不稳定及其控制的机理

在信号流图的基础上,提出多回路分析的方法,并用于研究反区时速度矢量不稳定及其稳定控制的机理。建立了纵向动力学的信号流图,并证明了一个回路的收敛性定理。在此基础上,通过理论分析得出了速度矢量不稳定在不同层面上的原因,也得出了速度和轨迹的发散度表达式等,并表明阻力-速度曲线、轨迹角-速度曲线、极曲线、阻力系数曲线等存在相互对应的反区和正区,并且阻力-速度曲线和轨迹角-速度曲线在斜率上成比例。研究得出进场动力补偿系统下速度矢量的稳定临界条件、收敛度、稳定机理等,理论分析和仿真比较了速度恒定进场动力补偿系统和迎角恒定进场动力补偿系统在控制性能上的差异。

基于原始自然算法的多架飞行器航路规划

针对多架飞行器在有飞行禁区与任务点的空域中的航路规划问题,考虑飞行器自身的各项约束条件与环境的复杂约束条件,采用原始自然算法对多架飞行器在不同风场中的航路规划进行仿真优化设计及其分析。试验结果表明,原始自然算法规划的轨迹是全局最优的,可满足全部约束条件,且在不同风场情况下能够避开飞行禁区,并以最短路径达到目标点。

云南省迁入型黄脊竹蝗迁飞路径及适生区分布

为明确迁入型黄脊竹蝗在云南省的迁飞路径及潜在适生区分布,基于2020年云南省黄脊竹蝗监测防治区数据结合云南省地形,利用拉格朗日混合单粒子(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model,HYSPLIT)在线轨迹分析模型,模拟分析黄脊竹蝗在云南省的迁飞轨迹;采用云南省黄脊竹蝗的位点分布和全球气候数据库(WorldClim)历史气候数据,利用最大熵生态位模型MaxEnt,预测黄脊竹蝗在云南省的潜在适生分布情况。结果显示:黄脊竹蝗在云南特有的高山河谷地形因素的影响下和西南季风的助力下,由南部低海拔地区沿着河流及衍生地带逐渐向北迁移扩散,主要路径为勐腊和江城—宁洱—墨江—元江—新平—双柏;黄脊竹蝗可在云南大部分地区生存,高适生区主要位于滇南及主要的河谷或峡谷(怒江、澜沧江、礼社江、元江、金沙江、南盘江、云岭山脉南段)周边。结果表明:温度是影响黄脊竹蝗在云南省的适生分布的限制生态因子;云南特有高山河谷地形地貌特征及其气候因子对迁入型黄脊竹蝗迁移过程的时空分布格局产生了深刻影响,西南季风助推了迁飞型黄脊竹蝗深入云南内地。

一种凸多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法

覆盖航迹规划技术对于提高无人机的侦察能力和目标搜索能力具有重要的意义。首先从能量、路程、时间角度,理论上证明了转弯过程比直线平飞过程的效率低。其次给出了凸多边形跨度和宽度的定义,并把凸多边形区域的覆盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题。最后证明了凸多边形区域的宽度只可能出现于"点边式"跨度之中,并给出了一种高效的"点边式"宽度算法。无人机只需要沿着宽度出现时的支撑平线方向飞行,即可以取得最少的转弯次数。通过仿真分析,证明了所提出的算法能够有效解决无人机在凸多边形区域中的覆盖航迹规划问题。

基于重力储能的太阳能飞机飞行轨迹研究

基于重力储能原理,研究了太阳能飞机变高度飞行轨迹及其应用效果。描述了变高度轨迹的具体组成部分及各部分的运动方式,建立了各部分轨迹和时间节点的物理数学模型,提出了适用于变高度轨迹的太阳能飞机总体参数设计方法。得到了给定设计指标下的飞行轨迹和需用功率曲线,并与定高度轨迹对比,研究了相关技术参数对变高度轨迹应用效果的影响。研究结果表明:变高度轨迹可以有效减小储能电池放电时间和机翼面积;对于不同设计高度均存在最优的爬升高度,使得机翼面积最小;设计高度越高,设计日期越偏离夏至日,储能电池能量密度越小,推进系统功重比越大,变高度轨迹的应用效果越明显。

基于轨迹偏差改进算法的无人机飞行冲突评估

以有人驾驶飞机改装的大型无人机开展计划飞行任务作为研究背景,根据飞行姿态、运行要素和空域运行结构等特征,完成了中低空空域内轨迹偏差算法模型的改进.运用改进模型分析计算,获得了基于导航定位精度下,飞行预设位置点与实际位置点的差异和分布趋势,结合ICAO(international civil aviation organization)设计的飞行标准,首次建立了在满足民航运行安全标准下,多机种大型飞机联合运行空域内的飞行冲突量化结果.计算结果表明:改进模型综合考虑了大型无人机在转弯及直线阶段的轨迹偏差,通过偏差数据建立模板评价飞行冲突态势,获得了联合运行空域内飞行器间安全值,推导空域密度,为机场及进离场阶段执行联合计划飞行任务,提供了科学规划的依据.