舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及舰载机起飞控制技术领域，特别是一种舰载机滑跃起飞自动飞行控制 方法。
【背景技术】
[0002] 滑跃起飞是指舰载机首先仅依靠自身发动机的推力在航母的水平甲板上加速滑 跑，然后经过航母舰首部分的斜面弯曲甲板，使舰载机在离舰瞬间被赋予一定的正向航迹 倾斜角和向上的垂直速度，使舰载机跃入空中，完成离舰起飞。所以滑跃起飞又称为斜板起 飞或斜曲面甲板起飞。相比弹射起飞而言，滑跃起飞技术门槛相对较低、经济实用，在一些 拥有航母但经济实力不太雄厚的国家得到广泛使用。
[0003] 舰载机滑跃起飞全过程可以分为两个阶段，一是舰面滑跑阶段；二是离舰上升阶 段。滑跃起飞方式由于舰首斜面弯曲甲板的存在，能大大缩短舰载机在航母上滑跑的距离， 从而为航母节省宝贵的甲板空间。而另一方面，舰载机滑跑距离的缩短，会造成舰载机离舰 速度偏小，离舰之后会出现一定的下沉量。若下沉量太大，则会存在一定的安全隐患，同时 也给飞行员造成很大的心理压力，若飞行员在这段较短的时间内操作失当，很可能会付出 惨痛的代价。而舰载机在舰面滑跑阶段会受到甲板运动、舰首气流以及甲板风等环境因素 的干扰，从而造成舰载机不仅在纵向上受到力和力矩的作用，而且在横侧向上也会受到力 和力矩的作用，从而会增加飞行员的操作负担。因此，离舰上升阶段的控制策略设计对于舰 载机从航母上安全起飞尤为重要，直接关系到舰载机起飞的成功率和安全性。
[0004] 目前，针对舰载机滑跃起飞的研宄，国内外学者的研宄重点主要在于斜甲板的优 化问题、环境因素对舰载机滑跃起飞过程的影响分析以及舰载机离舰之后控制律设计等。 而舰载机离舰之后控制律的设计也仅仅只考虑了纵向的控制律设计，而没有研宄横侧向控 制律设计的问题，并且设计的控制律均需要飞行员操作对应的油门或升降舵，这样会给飞 行员造成较大的操作负担和心理压力。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的问题是一种舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，实现舰载机离舰 之后以某一给定的垂直爬升速率进行空中爬升，同时能够有效抑制和消除侧向偏移和侧滑 角，使舰载机保持侧向稳定，且该方法无需飞行员进行操作，确保舰载机滑跃起飞的安全性 以及减轻驾驶员的操作压力。
[0006] 本发明公开的一种舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，采用纵向自动飞行控制系 统、横侧向自动飞行控制系统和自动油门控制系统对舰载机滑跃起飞及其飞行进行控制；
[0007] 所述纵向自动飞行控制系统以纵向控制增稳回路为内回路，垂向速度回路为外回 路，舰载机离舰后垂直爬升速率作为控制指令，采用PID控制方法，实现舰载机离舰后以给 定的垂直爬升速率爬升；
[0008] 所述横侧向自动飞行控制系统采用副翼与方向舵协调控制的方法，对舰载机在航 母上滑跑时所产生的侧向偏移和侧滑角进行抑制和消除，使舰载机保持侧向稳定；
[0009] 所述自动油门控制系统将速度信号反馈给控制器，通过控制油门来控制舰载机的 速度。
[0010] 作为上述技术方案的进一步改进，所述纵向控制增稳回路的控制律为：
[0011]
【主权项】
1. 一种舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，其特征在于：采用纵向自动飞行控制系 统、横侧向自动飞行控制系统和自动油门控制系统对舰载机滑跃起飞及其飞行进行控制； 所述纵向自动飞行控制系统以纵向控制增稳回路为内回路，垂向速度回路为外回路， 舰载机离舰后垂直爬升速率作为控制指令，采用PID控制方法，实现舰载机离舰后以给定 的垂直爬升速率爬升； 所述横侧向自动飞行控制系统采用副翼与方向舵协调控制的方法，对舰载机在航母上 滑跑时所产生的侧向偏移和侧滑角进行抑制和消除，使舰载机保持侧向稳定； 所述自动油门控制系统将速度信号反馈给控制器，通过控制油门来控制舰载机的速 度。
2. 根据权利要求1所述的舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，其特征在于：所述纵向 控制增稳回路的控制律为：
其中，Λ δ e为升降舵偏角增量，K ^Kcd分别为增稳控制回路控制律P、I参数，s为复变 量，Ws为驾驶杆操作量，K s为驾驶杆操作控制律P参数，K az为法向过载控制律P参数，λ az 为法向过载反馈滤波网络参数，az为实际法向过载反馈量，K ,为俯仰角速率控制律P参数， λ <1为俯仰角速率反馈洗出网络参数，q为实际俯仰角速率反馈量，F α为迎角限制反馈量； 所述纵向自动飞行控制系统控制律为：
其中，λω为垂直爬升速率指令模型参数，^为设定的垂直爬升速率，彳为实际垂向速 度反馈量，Khp、Khd分别为垂向速度控制律P、D参数。
3. 根据权利要求1所述的舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，其特征在于：所述横侧 向自动飞行控制系统控制律为：
其中，Δ δ a为副翼偏角增量，yg为设定的侧向偏移量，λ y为侧向偏移量指令模型参 数，y为实际侧向偏移反馈量，Kyp、Kyi、Kyd分别为侧偏制导律P、I、D参数，Φ为实际偏航角 反馈量，Κ ?ρ、K"分别为航向角控制律P、D参数，Φ为实际滚转角反馈量，K _、Klti为滚转 角控制律P、I参数，P为实际滚转角速率反馈量，&为滚转角控制律P参数；Λ δ 方向 舵偏角增量，β。为设定的侧滑角，Kfi为航向角协调控制律中侧滑角反馈量P参数，β为实 际侧滑角反馈量，K ep、KM、Kfid分别为航向角协调控制律中侧滑角控制律Ρ、I、D参数，r为 实际偏航角速率反馈量， α (!为航向角协调控制律中设定的迎角反馈值，λ ^为偏航角速率 反馈洗出网络参数，&为航向角协调控制律中偏航角速率控制律P参数，K 为方向舵与副 翼交联信号控制律P参数。
4.根据权利要求1所述的舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法，其特征在于：所述自动 油门控制系统控制律为：
其中，Λ δ τ为油门增量，λ ￥为速度指令模型参数，V 8为设定的舰载机速度，V为实际 速度反馈量，Kvp、Kvi、Kvd分别为速度控制律Ρ、I、D参数。
【专利摘要】本发明公开的一种舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法采用纵向自动飞行控制系统、横侧向自动飞行控制系统和自动油门控制系统对舰载机滑跃起飞及其飞行进行控制。该方法以阻尼器和增稳系统为内回路，产生并传递垂直爬升速率指令使舰载机的垂向速度能够自动跟踪并稳定，同时能够有效抑制和消除侧向偏移和侧滑角，使舰载机保持侧向稳定，确保舰载机从航母上安全起飞。该方法基于PID控制方法，实现过程简单，控制过程稳定。通过仿真实验可以验证，本发明所述的舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法能很好的实现舰载机滑跃起飞离舰后以给定垂直爬升速率自动飞行，能够确保舰载机从航母上安全起飞，且能减轻驾驶员的操作压力。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104656659
【申请号】CN201510029301
【发明人】甄子洋, 李康伟, 王新华, 江驹, 孙一力
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月20日