专利名称：抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统及方法，属于舰载机飞行控制领域。
背景技术：
舰尾气流扰动是造成着舰引导误差，影响着舰安全的主要因素。飞行员甚至把接近舰尾的复杂气流扰动区称为进入“鬼门关”。当飞机进场着舰，离舰最后约0. 5英里(800米)时，MIL-F-8785C军用规范，将舰尾气流扰动视作四种成份的合成。对它们进行了定量描述，并规定用此检验飞机在气流扰动下的着舰性能。舰尾气流扰动由四种成份组成，
1)自由大气紊流分量
2)尾流稳态分量(雄鸡尾流)
3)尾流的周期性分量
4)尾流的随机分量。自由大气紊流分量的特性与飞机相对于舰的位置无关，MIL-F-8785C规定了它们的空间功率谱。舰尾气流的稳态分量是舰尾大气扰动的主要组成部分。这种气流是由于航空母舰迎风行驶，空气从其平坦的舰尾流出而造成的，其特点是在垂直方向，产生一种特有的雄鸡尾形状的风力，其风向与距舰尾的距离有关，临近舰尾是向下有效的风力，而离开舰尾处，向下的风力按距离的关系而减小，并且后来改为向上的风力。这由于在飞机的真实着舰过程中，由于航母在海中航行，舰尾处空气较为稀薄，所以后边的空气过来填充，再加上甲板风气流的影响，这两种风综合作用的结果形成雄鸡尾流。后面过来填充的空气相对于甲板风来说其幅值很小，实质上是以增量扰动的形式叠加在甲板风上，其增量扰动方向表现为水平风为顺风，垂直风远离舰尾处为上升段，接近舰尾处表现为下降段。可以参考 AIAA-79-1772所提供的雄鸡尾流模型。舰尾气流的周期性分量是舰纵摇产生的尾流，它是由于甲板的俯仰运动而形成的风力。它随舰的纵摇频率、纵摇大小、甲板上的风以及飞机离舰的距离而变化。MIL-F-8785C中指出，与舰有关的随机速度分量是由某种形式的白噪声经成形滤波器后得到的。
发明内容
本发明提出了一种抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统及方法，通过引入高度变化率反馈信息和侧向偏离速率反馈信息，能够达到很好地抑制舰尾流干扰的目的， 使得舰载机的着舰精度得到提高。本发明为解决其技术问题采用如下技术方案
一种抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统，由引导子系统和控制子系统组成，引导子系统装载在舰上，包括跟踪雷达、雷达稳定平台、高速通用计算机、显示平台、数据编码发射机、数据链监控器和飞行轨迹记录仪，其中，高速通用计算机、跟踪雷达和飞行轨迹记录仪顺序连接，显示平台、高速通用计算机和雷达稳定平台顺序连接，显示平台和高速通用计算机分别与数据编码发射机连接，数据编码发射机，数据链监控器和显示平台顺序连接；控制子系统装载在飞机上，包括自动驾驶仪、数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器、自动油门控制器和机上雷达设备，其中、数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器和自动驾驶仪顺序连接，自动油门控制器和自动驾驶仪双向连接；引导子系统中的数据编码发射机和控制子系统中的数据链接收机通过无线电波连接，弓丨导子系统中的跟踪雷达与控制子系统中的机上雷达设备通过Ka-band信号连接。所述的高速通用计算机内设有甲板运动补偿计算子模块、理想轨迹子模块、轨迹误差信号计算子模块、数据稳定处理子模块、飞机动力学信息子模块和导引律计算子模块， 其中与雷达稳定平台双向相连的甲板运动补偿计算子模块经轨迹误差信号计算子模块分别连接导引律计算子模块及显示平台和数据编码发射机；数据稳定处理子模块的输入端分别与雷达稳定平台和跟踪雷达相连，数据稳定处理子模块的输出端与轨迹误差信号计算子模块的输入端相连接；导引律计算子模块的输入端连接于轨迹误差信号计算子模块和飞机动力学信息子模块，导引律计算子模块的输出端连接于数据编码发射机；理想轨迹子模块连接于轨迹误差信号计算子模块。抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统的控制方法，包括纵向引导控制方法和侧向引导控制方法
(一)所述纵向弓丨导控制方法包括纵向高度引导控制方法和纵向姿态控制方法，
1)纵向高度引导方法是在高速通用计算机的导引律计算子模块中，引入飞机飞行高度变化率 为主反馈，有效地抑制舰尾气流扰动对飞机着舰的影响，具体方法是，依据引导律表达式，构建轨迹控制器，实现飞机飞行高度变化率ii的反馈，达到抑制舰尾气流扰动对飞机着舰的影响，该轨迹控制器的引导律的表达式为
权利要求
1.一种抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统，其特征在于由引导子系统和控制子系统组成，引导子系统装载在舰上，包括跟踪雷达、雷达稳定平台、高速通用计算机、 显示平台、数据编码发射机、数据链监控器和飞行轨迹记录仪，其中，高速通用计算机、跟踪雷达和飞行轨迹记录仪顺序连接，显示平台、高速通用计算机和雷达稳定平台顺序连接，显示平台和高速通用计算机分别与数据编码发射机连接，数据编码发射机，数据链监控器和显示平台顺序连接；控制子系统装载在飞机上，包括自动驾驶仪、数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器、自动油门控制器和机上雷达设备，其中、数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器和自动驾驶仪顺序连接，自动油门控制器和自动驾驶仪双向连接；引导子系统中的数据编码发射机和控制子系统中的数据链接收机通过无线电波连接，引导子系统中的跟踪雷达与控制子系统中的机上雷达设备通过Ka-band信号连接。
2.根据权利要求1所述的抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统，其特征在于所述的高速通用计算机内设有甲板运动补偿计算子模块、理想轨迹子模块、轨迹误差信号计算子模块、数据稳定处理子模块、飞机动力学信息子模块和导引律计算子模块，其中与雷达稳定平台双向相连的甲板运动补偿计算子模块经轨迹误差信号计算子模块分别连接导引律计算子模块及显示平台和数据编码发射机；数据稳定处理子模块的输入端分别与雷达稳定平台和跟踪雷达相连，数据稳定处理子模块的输出端与轨迹误差信号计算子模块的输入端相连接；导引律计算子模块的输入端连接于轨迹误差信号计算子模块和飞机动力学信息子模块，导引律计算子模块的输出端连接于数据编码发射机；理想轨迹子模块连接于轨迹误差信号计算子模块。
3.一种基于权利要求1所述的抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统的控制方法，其特征在于，包括纵向弓丨导控制方法和侧向弓丨导控制方法(一)所述纵向弓丨导控制方法包括纵向高度引导控制方法和纵向姿态控制方法，1)纵向高度引导方法是在高速通用计算机的导引律计算子模块中，引入飞机飞行高度变化率J5"为主反馈，有效地抑制舰尾气流扰动对飞机着舰的影响，具体方法是，依据引导律表达式，构建轨迹控制器，实现飞机飞行高度变化率i 的反馈，达到抑制舰尾气流扰动对飞机着舰的影响，该轨迹控制器的引导律的表达式为 式中，Kp为比例项增益，Ki为积分项增益，Kd为微分项增益，Kdd为二次微分项增益，K0 为总增益，H。。m为飞机飞行参考高度指令信号，H为飞机飞行实际高度反馈信号，S为复变量，其中KP、K” Kd、Kdd、K0通过飞机飞行的实际高度反馈信号增益Δ H对飞机飞行参考高度指令信号增益Δ Hcoffl的响应进行寻优获得；2)纵向姿态控制方法是在传统上以姿态控制为主的传统飞行控制系统的控制律中加入飞机飞行高度变化率i 反馈和飞机飞行实际高度信号二次微分信号并反馈，构建纵向姿态控制器，该纵向姿态控制器的控制律表达式为式中，GfM为升降舵回路传递函数，乂Jp ~为姿态控制参数，通过根轨迹设计方法，来确定姿态控制参数，M为飞机飞行实际高度变化率增量，Kd为飞机飞行实际俯仰角速率增量，M为飞机飞行实际高度变化率增量，逾-为飞机飞行参考高度变化率增量，M为飞机飞行实际高度信号增量的二次微分；(二)所述侧向引导控制方法，包括侧向偏离引导方法和侧向姿态控制方法 (1)侧向偏离引导方法是在高速通用计算机的导引律子计算模块中，引入侧向偏离速率的反馈信息，构建侧向轨迹控制器，该侧向轨迹控制器的引导律的表达式为
全文摘要
本发明涉及一种抑制舰尾气流扰动的舰载机着舰引导与控制系统及方法，属于舰载机飞行控制技术领域。该系统由装载在舰上的引导子系统和装载在飞机上的控制子系统组成，引导子系统包括跟踪雷达、雷达稳定平台、高速通用计算机、显示平台、数据编码发射机、数据链监控器和飞行轨迹记录仪；控制子系统包括自动驾驶仪、数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器、自动油门控制器和机上雷达设备。该系统通过在高速通用计算机的导引律计算子模块中引入了高度变化率反馈和侧向偏离速率反馈模块，有效抑制了舰尾流干扰的影响，使得侧向着舰轨迹精度得到提高。
文档编号B64D45/04GK102393630SQ201110287699
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者杨一栋, 江驹, 焦鑫, 王新华, 甄子洋, 袁锁中 申请人:南京航空航天大学