專利名稱：抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統及方法，屬于艦載機飛行控制領域。
背景技術：
艦尾氣流擾動是造成著艦引導誤差，影響著艦安全的主要因素。飛行員甚至把接近艦尾的復雜氣流擾動區稱為進入“鬼門關”。當飛機進場著艦，離艦最后約0. 5英里(800米)時，MIL-F-8785C軍用規范，將艦尾氣流擾動視作四種成份的合成。對它們進行了定量描述，并規定用此檢驗飛機在氣流擾動下的著艦性能。艦尾氣流擾動由四種成份組成，
1)自由大氣紊流分量
2)尾流穩態分量(雄雞尾流)
3)尾流的周期性分量
4)尾流的隨機分量。自由大氣紊流分量的特性與飛機相對于艦的位置無關，MIL-F-8785C規定了它們的空間功率譜。艦尾氣流的穩態分量是艦尾大氣擾動的主要組成部分。這種氣流是由于航空母艦迎風行駛，空氣從其平坦的艦尾流出而造成的，其特點是在垂直方向，產生一種特有的雄雞尾形狀的風力，其風向與距艦尾的距離有關，臨近艦尾是向下有效的風力，而離開艦尾處，向下的風力按距離的關系而減小，并且后來改為向上的風力。這由于在飛機的真實著艦過程中，由于航母在海中航行，艦尾處空氣較為稀薄，所以后邊的空氣過來填充，再加上甲板風氣流的影響，這兩種風綜合作用的結果形成雄雞尾流。后面過來填充的空氣相對于甲板風來說其幅值很小，實質上是以增量擾動的形式疊加在甲板風上，其增量擾動方向表現為水平風為順風，垂直風遠離艦尾處為上升段，接近艦尾處表現為下降段。可以參考 AIAA-79-1772所提供的雄雞尾流模型。艦尾氣流的周期性分量是艦縱搖產生的尾流，它是由于甲板的俯仰運動而形成的風力。它隨艦的縱搖頻率、縱搖大小、甲板上的風以及飛機離艦的距離而變化。MIL-F-8785C中指出，與艦有關的隨機速度分量是由某種形式的白噪聲經成形濾波器后得到的。
發明內容
本發明提出了一種抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統及方法，通過引入高度變化率反饋信息和側向偏離速率反饋信息，能夠達到很好地抑制艦尾流干擾的目的， 使得艦載機的著艦精度得到提高。本發明為解決其技術問題采用如下技術方案
一種抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統，由引導子系統和控制子系統組成，引導子系統裝載在艦上，包括跟蹤雷達、雷達穩定平臺、高速通用計算機、顯示平臺、數據編碼發射機、數據鏈監控器和飛行軌跡記錄儀，其中，高速通用計算機、跟蹤雷達和飛行軌跡記錄儀順序連接，顯示平臺、高速通用計算機和雷達穩定平臺順序連接，顯示平臺和高速通用計算機分別與數據編碼發射機連接，數據編碼發射機，數據鏈監控器和顯示平臺順序連接；控制子系統裝載在飛機上，包括自動駕駛儀、數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器、自動油門控制器和機上雷達設備，其中、數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器和自動駕駛儀順序連接，自動油門控制器和自動駕駛儀雙向連接；引導子系統中的數據編碼發射機和控制子系統中的數據鏈接收機通過無線電波連接，弓丨導子系統中的跟蹤雷達與控制子系統中的機上雷達設備通過Ka-band信號連接。所述的高速通用計算機內設有甲板運動補償計算子模塊、理想軌跡子模塊、軌跡誤差信號計算子模塊、數據穩定處理子模塊、飛機動力學信息子模塊和導引律計算子模塊， 其中與雷達穩定平臺雙向相連的甲板運動補償計算子模塊經軌跡誤差信號計算子模塊分別連接導引律計算子模塊及顯示平臺和數據編碼發射機；數據穩定處理子模塊的輸入端分別與雷達穩定平臺和跟蹤雷達相連，數據穩定處理子模塊的輸出端與軌跡誤差信號計算子模塊的輸入端相連接；導引律計算子模塊的輸入端連接于軌跡誤差信號計算子模塊和飛機動力學信息子模塊，導引律計算子模塊的輸出端連接于數據編碼發射機；理想軌跡子模塊連接于軌跡誤差信號計算子模塊。抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統的控制方法，包括縱向引導控制方法和側向引導控制方法
(一)所述縱向弓丨導控制方法包括縱向高度引導控制方法和縱向姿態控制方法，
1)縱向高度引導方法是在高速通用計算機的導引律計算子模塊中，引入飛機飛行高度變化率 為主反饋，有效地抑制艦尾氣流擾動對飛機著艦的影響，具體方法是，依據引導律表達式，構建軌跡控制器，實現飛機飛行高度變化率ii的反饋，達到抑制艦尾氣流擾動對飛機著艦的影響，該軌跡控制器的引導律的表達式為
權利要求
1.一種抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統，其特征在于由引導子系統和控制子系統組成，引導子系統裝載在艦上，包括跟蹤雷達、雷達穩定平臺、高速通用計算機、 顯示平臺、數據編碼發射機、數據鏈監控器和飛行軌跡記錄儀，其中，高速通用計算機、跟蹤雷達和飛行軌跡記錄儀順序連接，顯示平臺、高速通用計算機和雷達穩定平臺順序連接，顯示平臺和高速通用計算機分別與數據編碼發射機連接，數據編碼發射機，數據鏈監控器和顯示平臺順序連接；控制子系統裝載在飛機上，包括自動駕駛儀、數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器、自動油門控制器和機上雷達設備，其中、數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器和自動駕駛儀順序連接，自動油門控制器和自動駕駛儀雙向連接；引導子系統中的數據編碼發射機和控制子系統中的數據鏈接收機通過無線電波連接，引導子系統中的跟蹤雷達與控制子系統中的機上雷達設備通過Ka-band信號連接。
2.根據權利要求1所述的抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統，其特征在于所述的高速通用計算機內設有甲板運動補償計算子模塊、理想軌跡子模塊、軌跡誤差信號計算子模塊、數據穩定處理子模塊、飛機動力學信息子模塊和導引律計算子模塊，其中與雷達穩定平臺雙向相連的甲板運動補償計算子模塊經軌跡誤差信號計算子模塊分別連接導引律計算子模塊及顯示平臺和數據編碼發射機；數據穩定處理子模塊的輸入端分別與雷達穩定平臺和跟蹤雷達相連，數據穩定處理子模塊的輸出端與軌跡誤差信號計算子模塊的輸入端相連接；導引律計算子模塊的輸入端連接于軌跡誤差信號計算子模塊和飛機動力學信息子模塊，導引律計算子模塊的輸出端連接于數據編碼發射機；理想軌跡子模塊連接于軌跡誤差信號計算子模塊。
3.一種基于權利要求1所述的抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統的控制方法，其特征在于，包括縱向弓丨導控制方法和側向弓丨導控制方法(一)所述縱向弓丨導控制方法包括縱向高度引導控制方法和縱向姿態控制方法，1)縱向高度引導方法是在高速通用計算機的導引律計算子模塊中，引入飛機飛行高度變化率J5"為主反饋，有效地抑制艦尾氣流擾動對飛機著艦的影響，具體方法是，依據引導律表達式，構建軌跡控制器，實現飛機飛行高度變化率i 的反饋，達到抑制艦尾氣流擾動對飛機著艦的影響，該軌跡控制器的引導律的表達式為 式中，Kp為比例項增益，Ki為積分項增益，Kd為微分項增益，Kdd為二次微分項增益，K0 為總增益，H。。m為飛機飛行參考高度指令信號，H為飛機飛行實際高度反饋信號，S為復變量，其中KP、K” Kd、Kdd、K0通過飛機飛行的實際高度反饋信號增益Δ H對飛機飛行參考高度指令信號增益Δ Hcoffl的響應進行尋優獲得；2)縱向姿態控制方法是在傳統上以姿態控制為主的傳統飛行控制系統的控制律中加入飛機飛行高度變化率i 反饋和飛機飛行實際高度信號二次微分信號并反饋，構建縱向姿態控制器，該縱向姿態控制器的控制律表達式為式中，GfM為升降舵回路傳遞函數，乂Jp ~為姿態控制參數，通過根軌跡設計方法，來確定姿態控制參數，M為飛機飛行實際高度變化率增量，Kd為飛機飛行實際俯仰角速率增量，M為飛機飛行實際高度變化率增量，逾-為飛機飛行參考高度變化率增量，M為飛機飛行實際高度信號增量的二次微分；(二)所述側向引導控制方法，包括側向偏離引導方法和側向姿態控制方法 (1)側向偏離引導方法是在高速通用計算機的導引律子計算模塊中，引入側向偏離速率的反饋信息，構建側向軌跡控制器，該側向軌跡控制器的引導律的表達式為
全文摘要
本發明涉及一種抑制艦尾氣流擾動的艦載機著艦引導與控制系統及方法，屬于艦載機飛行控制技術領域。該系統由裝載在艦上的引導子系統和裝載在飛機上的控制子系統組成，引導子系統包括跟蹤雷達、雷達穩定平臺、高速通用計算機、顯示平臺、數據編碼發射機、數據鏈監控器和飛行軌跡記錄儀；控制子系統包括自動駕駛儀、數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器、自動油門控制器和機上雷達設備。該系統通過在高速通用計算機的導引律計算子模塊中引入了高度變化率反饋和側向偏離速率反饋模塊，有效抑制了艦尾流干擾的影響，使得側向著艦軌跡精度得到提高。
文檔編號B64D45/04GK102393630SQ201110287699
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者楊一棟, 江駒, 焦鑫, 王新華, 甄子洋, 袁鎖中 申請人:南京航空航天大學