專利名稱：抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)及方法，屬于艦載機(jī)飛行控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
艦尾氣流擾動(dòng)是造成著艦引導(dǎo)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(fù)雜氣流擾動(dòng)區(qū)稱為進(jìn)入“鬼門關(guān)”。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著艦，離艦最后約0. 5英里(800米)時(shí)，MIL-F-8785C軍用規(guī)范，將艦尾氣流擾動(dòng)視作四種成份的合成。對(duì)它們進(jìn)行了定量描述，并規(guī)定用此檢驗(yàn)飛機(jī)在氣流擾動(dòng)下的著艦性能。艦尾氣流擾動(dòng)由四種成份組成，
1)自由大氣紊流分量
2)尾流穩(wěn)態(tài)分量(雄雞尾流)
3)尾流的周期性分量
4)尾流的隨機(jī)分量。自由大氣紊流分量的特性與飛機(jī)相對(duì)于艦的位置無(wú)關(guān)，MIL-F-8785C規(guī)定了它們的空間功率譜。艦尾氣流的穩(wěn)態(tài)分量是艦尾大氣擾動(dòng)的主要組成部分。這種氣流是由于航空母艦迎風(fēng)行駛，空氣從其平坦的艦尾流出而造成的，其特點(diǎn)是在垂直方向，產(chǎn)生一種特有的雄雞尾形狀的風(fēng)力，其風(fēng)向與距艦尾的距離有關(guān)，臨近艦尾是向下有效的風(fēng)力，而離開(kāi)艦尾處，向下的風(fēng)力按距離的關(guān)系而減小，并且后來(lái)改為向上的風(fēng)力。這由于在飛機(jī)的真實(shí)著艦過(guò)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(guò)來(lái)填充，再加上甲板風(fēng)氣流的影響，這兩種風(fēng)綜合作用的結(jié)果形成雄雞尾流。后面過(guò)來(lái)填充的空氣相對(duì)于甲板風(fēng)來(lái)說(shuō)其幅值很小，實(shí)質(zhì)上是以增量擾動(dòng)的形式疊加在甲板風(fēng)上，其增量擾動(dòng)方向表現(xiàn)為水平風(fēng)為順風(fēng)，垂直風(fēng)遠(yuǎn)離艦尾處為上升段，接近艦尾處表現(xiàn)為下降段?？梢詤⒖?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(chǎn)生的尾流，它是由于甲板的俯仰運(yùn)動(dòng)而形成的風(fēng)力。它隨艦的縱搖頻率、縱搖大小、甲板上的風(fēng)以及飛機(jī)離艦的距離而變化。MIL-F-8785C中指出，與艦有關(guān)的隨機(jī)速度分量是由某種形式的白噪聲經(jīng)成形濾波器后得到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)及方法，通過(guò)引入高度變化率反饋信息和側(cè)向偏離速率反饋信息，能夠達(dá)到很好地抑制艦尾流干擾的目的， 使得艦載機(jī)的著艦精度得到提高。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案
一種抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)，由引導(dǎo)子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成，引導(dǎo)子系統(tǒng)裝載在艦上，包括跟蹤雷達(dá)、雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)、高速通用計(jì)算機(jī)、顯示平臺(tái)、數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)、數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器和飛行軌跡記錄儀，其中，高速通用計(jì)算機(jī)、跟蹤雷達(dá)和飛行軌跡記錄儀順序連接，顯示平臺(tái)、高速通用計(jì)算機(jī)和雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)順序連接，顯示平臺(tái)和高速通用計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)連接，數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)，數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器和顯示平臺(tái)順序連接；控制子系統(tǒng)裝載在飛機(jī)上，包括自動(dòng)駕駛儀、數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)、接收譯碼器、自動(dòng)駕駛儀耦合器、自動(dòng)油門控制器和機(jī)上雷達(dá)設(shè)備，其中、數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)、接收譯碼器、自動(dòng)駕駛儀耦合器和自動(dòng)駕駛儀順序連接，自動(dòng)油門控制器和自動(dòng)駕駛儀雙向連接；引導(dǎo)子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)和控制子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)通過(guò)無(wú)線電波連接，弓丨導(dǎo)子系統(tǒng)中的跟蹤雷達(dá)與控制子系統(tǒng)中的機(jī)上雷達(dá)設(shè)備通過(guò)Ka-band信號(hào)連接。所述的高速通用計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算子模塊、理想軌跡子模塊、軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊、數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊、飛機(jī)動(dòng)力學(xué)信息子模塊和導(dǎo)引律計(jì)算子模塊， 其中與雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)雙向相連的甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算子模塊經(jīng)軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊分別連接導(dǎo)引律計(jì)算子模塊及顯示平臺(tái)和數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)；數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊的輸入端分別與雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)和跟蹤雷達(dá)相連，數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊的輸出端與軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊的輸入端相連接；導(dǎo)引律計(jì)算子模塊的輸入端連接于軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊和飛機(jī)動(dòng)力學(xué)信息子模塊，導(dǎo)引律計(jì)算子模塊的輸出端連接于數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)；理想軌跡子模塊連接于軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊。抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)的控制方法，包括縱向引導(dǎo)控制方法和側(cè)向引導(dǎo)控制方法
(一)所述縱向弓丨導(dǎo)控制方法包括縱向高度引導(dǎo)控制方法和縱向姿態(tài)控制方法，
1)縱向高度引導(dǎo)方法是在高速通用計(jì)算機(jī)的導(dǎo)引律計(jì)算子模塊中，引入飛機(jī)飛行高度變化率 為主反饋，有效地抑制艦尾氣流擾動(dòng)對(duì)飛機(jī)著艦的影響，具體方法是，依據(jù)引導(dǎo)律表達(dá)式，構(gòu)建軌跡控制器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行高度變化率ii的反饋，達(dá)到抑制艦尾氣流擾動(dòng)對(duì)飛機(jī)著艦的影響，該軌跡控制器的引導(dǎo)律的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)，其特征在于由引導(dǎo)子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成，引導(dǎo)子系統(tǒng)裝載在艦上，包括跟蹤雷達(dá)、雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)、高速通用計(jì)算機(jī)、 顯示平臺(tái)、數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)、數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器和飛行軌跡記錄儀，其中，高速通用計(jì)算機(jī)、跟蹤雷達(dá)和飛行軌跡記錄儀順序連接，顯示平臺(tái)、高速通用計(jì)算機(jī)和雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)順序連接，顯示平臺(tái)和高速通用計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)連接，數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)，數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器和顯示平臺(tái)順序連接；控制子系統(tǒng)裝載在飛機(jī)上，包括自動(dòng)駕駛儀、數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)、接收譯碼器、自動(dòng)駕駛儀耦合器、自動(dòng)油門控制器和機(jī)上雷達(dá)設(shè)備，其中、數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)、接收譯碼器、自動(dòng)駕駛儀耦合器和自動(dòng)駕駛儀順序連接，自動(dòng)油門控制器和自動(dòng)駕駛儀雙向連接；引導(dǎo)子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)和控制子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)通過(guò)無(wú)線電波連接，引導(dǎo)子系統(tǒng)中的跟蹤雷達(dá)與控制子系統(tǒng)中的機(jī)上雷達(dá)設(shè)備通過(guò)Ka-band信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)，其特征在于所述的高速通用計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算子模塊、理想軌跡子模塊、軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊、數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊、飛機(jī)動(dòng)力學(xué)信息子模塊和導(dǎo)引律計(jì)算子模塊，其中與雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)雙向相連的甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算子模塊經(jīng)軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊分別連接導(dǎo)引律計(jì)算子模塊及顯示平臺(tái)和數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)；數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊的輸入端分別與雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)和跟蹤雷達(dá)相連，數(shù)據(jù)穩(wěn)定處理子模塊的輸出端與軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊的輸入端相連接；導(dǎo)引律計(jì)算子模塊的輸入端連接于軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊和飛機(jī)動(dòng)力學(xué)信息子模塊，導(dǎo)引律計(jì)算子模塊的輸出端連接于數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)；理想軌跡子模塊連接于軌跡誤差信號(hào)計(jì)算子模塊。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括縱向弓丨導(dǎo)控制方法和側(cè)向弓丨導(dǎo)控制方法(一)所述縱向弓丨導(dǎo)控制方法包括縱向高度引導(dǎo)控制方法和縱向姿態(tài)控制方法，1)縱向高度引導(dǎo)方法是在高速通用計(jì)算機(jī)的導(dǎo)引律計(jì)算子模塊中，引入飛機(jī)飛行高度變化率J5"為主反饋，有效地抑制艦尾氣流擾動(dòng)對(duì)飛機(jī)著艦的影響，具體方法是，依據(jù)引導(dǎo)律表達(dá)式，構(gòu)建軌跡控制器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行高度變化率i 的反饋，達(dá)到抑制艦尾氣流擾動(dòng)對(duì)飛機(jī)著艦的影響，該軌跡控制器的引導(dǎo)律的表達(dá)式為 式中，Kp為比例項(xiàng)增益，Ki為積分項(xiàng)增益，Kd為微分項(xiàng)增益，Kdd為二次微分項(xiàng)增益，K0 為總增益，H。。m為飛機(jī)飛行參考高度指令信號(hào)，H為飛機(jī)飛行實(shí)際高度反饋信號(hào)，S為復(fù)變量，其中KP、K” Kd、Kdd、K0通過(guò)飛機(jī)飛行的實(shí)際高度反饋信號(hào)增益Δ H對(duì)飛機(jī)飛行參考高度指令信號(hào)增益Δ Hcoffl的響應(yīng)進(jìn)行尋優(yōu)獲得；2)縱向姿態(tài)控制方法是在傳統(tǒng)上以姿態(tài)控制為主的傳統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)的控制律中加入飛機(jī)飛行高度變化率i 反饋和飛機(jī)飛行實(shí)際高度信號(hào)二次微分信號(hào)并反饋，構(gòu)建縱向姿態(tài)控制器，該縱向姿態(tài)控制器的控制律表達(dá)式為式中，GfM為升降舵回路傳遞函數(shù)，乂Jp ~為姿態(tài)控制參數(shù)，通過(guò)根軌跡設(shè)計(jì)方法，來(lái)確定姿態(tài)控制參數(shù)，M為飛機(jī)飛行實(shí)際高度變化率增量，Kd為飛機(jī)飛行實(shí)際俯仰角速率增量，M為飛機(jī)飛行實(shí)際高度變化率增量，逾-為飛機(jī)飛行參考高度變化率增量，M為飛機(jī)飛行實(shí)際高度信號(hào)增量的二次微分；(二)所述側(cè)向引導(dǎo)控制方法，包括側(cè)向偏離引導(dǎo)方法和側(cè)向姿態(tài)控制方法 (1)側(cè)向偏離引導(dǎo)方法是在高速通用計(jì)算機(jī)的導(dǎo)引律子計(jì)算模塊中，引入側(cè)向偏離速率的反饋信息，構(gòu)建側(cè)向軌跡控制器，該側(cè)向軌跡控制器的引導(dǎo)律的表達(dá)式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制艦尾氣流擾動(dòng)的艦載機(jī)著艦引導(dǎo)與控制系統(tǒng)及方法，屬于艦載機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由裝載在艦上的引導(dǎo)子系統(tǒng)和裝載在飛機(jī)上的控制子系統(tǒng)組成，引導(dǎo)子系統(tǒng)包括跟蹤雷達(dá)、雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)、高速通用計(jì)算機(jī)、顯示平臺(tái)、數(shù)據(jù)編碼發(fā)射機(jī)、數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器和飛行軌跡記錄儀；控制子系統(tǒng)包括自動(dòng)駕駛儀、數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)、接收譯碼器、自動(dòng)駕駛儀耦合器、自動(dòng)油門控制器和機(jī)上雷達(dá)設(shè)備。該系統(tǒng)通過(guò)在高速通用計(jì)算機(jī)的導(dǎo)引律計(jì)算子模塊中引入了高度變化率反饋和側(cè)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(cè)向著艦軌跡精度得到提高。
文檔編號(hào)B64D45/04GK102393630SQ201110287699
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者楊一棟, 江駒, 焦鑫, 王新華, 甄子洋, 袁鎖中 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)