飞机垂直轨迹预测及性能优化算法研究

论文摘要

随着航空电子技术的发展以及航空界对节省燃油、降低飞行成本的需要,出现了一种新的机载电子设备——飞行管理计算机系统(FMCS),它集性能优化、导航、制导和控制为一体,构成一个综合化的电子控制系统,即飞行管理系统(FMS)。它可控制飞机实现最佳飞行性能,以最小成本优化飞行轨迹,自动完成飞行任务。本文研究了飞行管理系统(FMS)中的性能优化功能,并对其中的性能计算进行了深入的理论分析,通过分析国际标准大气、飞机气动特性、速度包络、飞机重量和成本指数等性能参数,确定以最低成本为指标的性能优化方程;采用能量状态近似法推导并给出性能优化的计算方法;根据成本指数要求确定最低成本下的垂直飞行轨迹,计算出该轨迹下的最佳速度,最佳净推力,最佳燃油流量和最佳爬升/下降梯度等性能参数,并以某型飞机为例,给出仿真结果并分析了重量、成本指数等参数的变化对轨迹优化的影响。通过优化轨迹与非优化轨迹的数据对比分析,验证了该算法得可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 飞行管理系统（FMS）概述
• 1.3 国内外飞行管理系统（FMS）发展历程及研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 飞机性能分析
• 2.1 国际标准大气
• 2.1.1 温度模型的建立
• 2.1.2 气压模型的建立
• 2.1.3 密度模型的建立
• 2.1.4 国际标准大气 （ISA）表
• 2.2 飞机的气动特性
• 2.2.1 升力特性
• 2.2.2 阻力特性
• 2.3 速度包络
• 2.3.1 马赫数
• 2.3.2 最大速度
• 2.3.3 最小速度
• 2.3.4 失速速度
• 2.4 飞机重量
• 2.4.1 飞机重量的定义
• 2.4.2 最大结构起飞重量 （MTOW）
• 2.4.3 最大结构着陆重量 （MLW）
• 2.4.4 最大结构零油重量 （MZFW）
• 2.4.5 最大结构滑行重量 （MTW）
• 2.5 飞行成本指数
• 2.5.1 航程成本
• 2.5.2 时间相关成本（时费）
• 2.5.3 成本指数计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 飞行轨迹的垂直剖面
• 3.1 飞行阶段的划分
• 3.1.1 起飞
• 3.1.2 爬升
• 3.1.3 巡航
• 3.1.4 下降
• 3.1.5 进近着陆
• 3.2 飞行轨迹预测与性能计算
• 3.2.1 预测功能
• 3.2.2 性能计算
• 3.3 本章小结
• 第四章 飞机垂直剖面性能优化理论与算法
• 4.1 最优控制相关理论简介
• 4.1.1 最优控制问题的发展与提出
• 4.1.2 变分法求解动态系统的最优控制问题
• 4.1.3 最优控制问题中的最小值原理
• 4.2 飞行管理系统性能管理理论
• 4.3 垂直剖面的优化轨迹算法
• 4.3.1 轨迹优化的理论分析
• 4.3.2 飞机运动方程
• 4.3.3 性能指标
• 4.3.4 求解最优飞行轨迹
• 4.4 本章小结
• 第五章 某型飞机性能优化计算及仿真
• 5.1 性能计算优化流程
• 5.1.1 巡航段优化计算
• 5.1.3 爬升段优化计算
• 5.1.4 下降段优化计算
• 5.1.5 垂直剖面优化计算
• 5.2 性能优化仿真结果
• 5.3 关于风模型的问题
• 5.4 优化计算结果对比分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 个人简介