飞机拦阻过程的非线性最优控制

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1、承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中已明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他副职手段保存论文。（保密的学位论文在解密后使用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1飞机拦阻系统的发展简史现代飞机的着陆滑跑距离一般都在15

2、00米到2500米左右。在航空母舰上，飞机实际上要在接触甲板后110米内停下来。为了达到这种效果的而设计和制造的设备被称为阻拦装置或者拦阻系统。拦阻系统也包括不能正常着舰的飞机的应急阻拦设备，即拦机网。最早的拦阻系统是重力型的，第一艘装重力型拦阻装置（1922）的航母是“兰利”号。两个用以支撑重量的支撑塔被安装在“兰利”号的两舷上。阻拦索通过一个8重滑轮组联结到十字头上，飞机的尾钩与阻拦索接触后将阻拦索拖出，从而带动重物支撑塔上升。为了能够使重力型的阻拦的适用性增强，需要根据飞机的重量和着舰速度改变重物的重量。另一种早期的阻拦系统是制动型的MK2（1926）。这种装置主要包

3、括轮毂、制动系统、回收马达和弹簧拦索张紧器。轮毂的表面并不光滑，因为它的表面有卷缆槽。阻拦索在释放前就绕在这些槽里。每个轮毂上安装有一个用来收索和张紧阻拦索的电机。稍迟出现的MK3型（1930）阻拦系统是一种液压阻拦装置。在这套装置和上述的重力型和制动型阻拦系统有了很大的改变。首先，阻力由液压缸提供而非刹车盘。另一个改进是阻拦索的两端联结到一个液压缸上。这些改进使得MK3型阻拦系统具有如下的特点。第一，单套装置允许阻拦索等长拉出，而且它还允许在蓄液筒中设定和贮藏气压，以实现阻拦索的张紧和快速回收。第二，MK3[1]型阻拦系统不在依靠航空母舰上的动力。该型阻拦装置的示意图如下

4、图所示：[1]图1.1MK3型阻拦系统示意图1飞机拦阻过程的非线性控制它的基本原理是飞机的动能被转化成蓄能器中的压力能和热能。这种阻拦系统具有如下的特点。首先，因为拦阻系统是安装在航空母舰甲板下的，它所占用的体积受到限制。所以由十字头和滑轮组所组成的机构被用来减少柱塞的行程。第二，作用在活塞上的力被十字头和滑轮组放大。因此，由活塞移动所产生的压力会很大。过大的压力致使需要制造很厚重的蓄能器外壳。在那之后为了满足现代化飞机的拦阻要求，舰载机拦阻系统的能力得到不断[2]提升。其趋势是能够满足大质量飞机高着舰速度的要求。参照于瀛的描述具体数据如下表所示：阻拦机构型号飞机重量（kg

5、）接触速度（节）MK33628.752MK4499061MK51360878MK7Mod122680105MK7Mod222680120MK7Mod322680130[2]表1.1部分舰载机阻拦系统主要性能和前期的阻拦装置相比，上表中的MK7系列阻拦装置增加了定长冲跑控制阀和缓冲装置。前者的作用是使各种型号的舰载机停止在甲板上的指定区域。后者分为两类：索固定端缓冲装置（CableAnchorDamper）和滑轮缓冲装置（DamperSheaves）。由于高速阻拦时产生的阻拦索过分振动，从而使阻拦索产生局部张力达到甚至超过临界值，同时另一部分松弛的状况。索固定端缓冲装置就被用

6、来解决这一问题。滑轮缓冲装置则被用来吸收舰载机高速着舰的冲击力，从而减少阻拦索中的峰值张力。在参考文献[2]中，也能看到如下图所示的MK7型阻拦装置：[2]图1.2MK7阻拦装置总体布置图2南京航空航天大学硕士学位论文80年代初期，美国空军为了应付局部战争的需要，增强快速反应能力，提出需要一种在野战条件下，灵活、机动、能快速安装的高性能的通用型机动式飞机拦阻设备。其中，1981年开始研制的PORTARREST机动式飞机拦阻系统比较具有代表性。此阻拦系统可以阻拦的飞机覆盖面很宽。它适用的是液压控制旋转多盘摩擦式制动器。所提供的拦阻力的大小依据飞机的重量及速度进行调节，可获得较

7、优的拦阻力分布。拦停距离也可以根据机场需要在182米至365米范围内进行调节，使得被拦阻的不同类型飞机受到的载荷最小。同时具有较宽的纠偏能力。该系统基本上不受机场环境制约，是一种自我完善的通用型机动式飞机拦阻系统。它包括制动系统（BAK-12）、网（索）带系统、收（索带系统）和快速安装所需的液压动力源及附属工具等，整个系统安装在两辆拖车上。该系统可以用多种车辆快速牵引，运输非常方便，不需要其它装卸工具，利用自带绞盘，一架C-130运输机就可装运完毕。在对跑道特性的适应性上也很好，可以安装在土质、沥青和混凝土路面上。