舰载机光学助降关键技术研究

论文摘要

本文着重研究了光学着舰引导系统的两个重要课题。一是研究并设计了保持飞行速度恒定的进场动力补偿系统,以确保舰载机在低动压着舰状态下的控制性能;二是构建并设计开发了下滑光波束着舰引导系统。在保持速度恒定的进场动力补偿系统研究中,针对给出的某型舰载机,建立了动力补偿系统数学模型,阐述了工作机理,设计了油门控制律并进行了仿真验证。在下滑光波束着舰引导系统开发研究中,着重构建了在中等海况航母运动作用下的光学着舰系统数学模型,导出了人在环的下滑跟踪控制系统运动学,开发了光波束着舰引导下的飞行员控制策略及相应控制律,给出了在甲板运动干扰下的光波束稳定方案,设计了相应的光波束稳定律,分析和计算了在各种波束稳定方案下的着舰终端误差。本文还研究了便于飞行员操纵、可提高着舰精度的先进的目视回收下滑光波束着舰引导系统,开发了相应的飞行员操纵规律。本文最后,为便于工程实际应用与验证,开发并建立了下滑光波束着舰引导系统的可视化实时仿真演示平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 舰载机着舰方式的发展过程
• 1.1.2 现役的各种光波束着舰引导系统
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 舰载机保持飞行速度恒定的进场动力补偿系统分析与设计
• 2.1 引言
• 2.2 着舰状态飞机纵向数学模型
• 2.3 着舰状态下自然飞机特性分析
• 2.3.1 着舰状态下飞机航迹倾斜角对姿态角的跟踪特性
• 2.3.2 着舰状态下飞机的速度对推力的响应特性
• 2.4 保持速度恒定的自动动力补偿系统
• 2.4.1 飞机无姿态控制系统时的油门控制律设计
• 2.4.2 飞机姿态保持时的动力补偿系统控制律设计
• 2.4.3 仿真验证
• 2.5 小结
• 第三章 光学着舰引导系统及其数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 光波束下滑着舰引导系统工作机理
• 3.2.1 菲涅尔透镜光学着舰助降系统（FLOLS）的工作视场
• 3.2.2 FLOLS 纵向着舰误差的显示
• 3.2.3 光波束下滑着舰引导系统的控制结构
• 3.3 着舰几何环境及甲板运动数学模型
• 3.3.1 着舰甲板几何
• 3.3.2 海况及其影响
• 3.3.3 舰的甲板运动模型
• 3.4 光波束着舰引导系统下滑校正运动学建模
• 3.4.1 飞机运动几何关系
• 3.4.2 “肉球”偏移与飞机下滑偏移之间的运动学关系
• 3.4.3 下滑光波束着舰引导系统的运动学
• 3.5 飞行员跟踪“肉球”操纵状态下的数学模型
• 3.5.1 跟踪飞行状态的飞行员建模
• 3.5.2 下滑光波束引导时的飞行员操纵行为模型
• 3.5.3 仿真验证及分析
• 3.6 小结
• 第四章 光波束着舰引导系统误差分析与计算
• 4.1 引言
• 4.2 下滑光波束着舰引导系统结构配置及工作原理
• 4.3 光波束运动方程
• 4.4 光波束稳定方案及助降控制律设计
• 4.4.1 惯性稳定
• 4.4.2 线稳定
• 4.4.3 点稳定
• 4.4.4 角稳定
• 4.5 飞行员在环的飞控系统结构配置
• 4.6 着舰终端误差分析及计算
• 4.6.1 飞机在理想着舰点处的高度误差
• 4.6.2 飞机在舰尾处的高度误差
• 4.6.3 飞机在理想着舰点处的撞击速度误差
• 4.6.4 着舰终端误差的计算
• 4.7 下滑波束角偏差对终端误差的影响
• 4.8 小结
• 第五章 先进的目视回收系统
• 5.1 引言
• 5.2 AVCARS 的组成和工作原理
• 5.3 AVCARS 的两种控制算法
• 5.3.1 RATE 算法
• 5.3.2 COMMAND 算法
• 5.4 先进的目视回收下滑光波束着舰引导系统
• 5.4.1 先进的目视回收下滑光波束着舰引导系统的结构配置
• 0，k₁ 的确定方法'>5.4.2 参数k₀，k₁的确定方法
• 5.4.3 系统数字仿真
• 5.5 小结
• 第六章 光波束着舰引导系统实时仿真程序及演示系统开发
• 6.1 引言
• 6.2 下滑光波束着舰引导系统实时仿真程序开发
• 6.2.1 系统离散化及仿真验证
• 6.2.2 实时仿真程序开发
• 6.2.3 精确定时的实现
• 6.2.4 实时仿真程序流程
• 6.3 演示系统开发
• 6.3.1 多线程编程技术
• 6.3.2 用户界面设计
• 6.3.3 可视化实时仿真演示过程
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文