舰载机着舰下滑段飞行员操纵策略研究

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1、第16卷第1期2018年2月Vol.l1672・6553/2018/16（1）/6N80JOU°-1Feb.20RNALOFDYNAMICSANDCONTROL18舰载机着舰下滑段飞行员操纵策略硏究*刘嘉1向锦武张颖1甄冲2（1.海军航空大学，烟台264001）（2.北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191）摘要为提高舰载机在不同返航着舰重量下的着舰精度，对飞行员着舰操纵策略进行了研究•首先对着舰操纵基准状态进行了探讨.硏究表明，为避免满载返航失速,应以最大着舰重量状态作为操纵基准状态.而后采用人机闭环着舰仿真,对"保持迎角不变"和"保持速度不变"操纵策略逬行

2、了对比硏究（简称"保角"和"保速度"策略）.结果表明，不同着舰重量下，"保角"策略相对表现更好，"保速度"策略着舰点"发散"，"保角"策略着舰点相对"集中".在算例中，"保角"策略着舰点集中在-1.8~9.4m之间，而〃保速度"策略着舰点集中在7.2~17m之间•此外对两种策略着舰差异产生原因进行分析，结果表明，"保角"策略首先针对不同着舰重量，采用了恒定的基准姿态角；其次"保角"策略不仅通过跟踪下滑光束保持了轨迹角,减小了高度误差，而且通过保持基准迎角不变减小姿态角误差、进而减小了尾钩误差，因此在不同着舰重量下，"保角"策略着舰精度更为稳定.但这一结论仍需在实际飞行中进

3、一步验证.关键词着舰，驾驶员模型，保角，保速度,最优控制,操纵策略DOI:10.6052/1672・65除自然环境外，舰载机着舰还将受到引导光53・2017・53束基准角、飞机返航重量、飞行速度、飞行姿态引言等因素影响【I，?].对于同型号飞机，母舰通常以统一的引导光束进行下滑引导.但由于执保持基准速度不变，要么保持基准迎角不变.进行任务不同，燃油弹药等消耗不同，即便是同型而实现轨迹跟踪和着舰.以往着舰策号飞机每次返航着舰重量也不可能完全一样.而和""hold"指代）.即无论飞机着舰重量策略更倾向于研究飞行员本身固有的思维判断过如何变化，飞行员在跟踪下滑光束的同时，要么程

4、而不是本文所指的操纵方法和原则.综上，以对于不同着舰重量飞机，其配平状态将不同，即不同重量将对应不同的下滑速度和迎角.理论上飞行员可以根据着舰重量在多种配平状态下进行着舰•但从进入下滑道窗口到着舰一般仅有不到30秒时间,在这短短30秒内每次都要根据飞行状态临时配平又要反操纵进行轨迹跟踪，这将给飞行的操纵带来极大挑战［J5】.因此实际飞行中，飞行员通常以某种原则和策略进行操纵,即目前所存在的〃保持速度不变"和"保持迎角不变〃操纵策略（以下简称为"保速度”和〃保角〃策略，在图表中分别用"V・hold"略研究，大多集中在自动着舰轨迹跟踪和动力补偿方案设计方面［6-"】，如文献［

5、8］论证了动力补偿必要性，文献［11・12］通过构建驾驶员模型，比较了〃背面技术"和“前面技术"在着舰轨迹跟踪效果上的差异，证明了“背面技术"优越性・分析了飞机设计中影响着舰轨迹控制的关键因素；文献［9］给出了"保速度"和〃保角"策略的自动控制动力补偿方案；文献［10］分析了着舰轨迹稳定性变差的原因和动力补偿的必要性•这些文献对两种策略的自动控制实现方法进行了研究.文献［14］对飞行员逬舰过程的变策略控制模型进行了研究，但这一e吉錘・舸貳未n菱舸卞泪EA•飞呑吕愎级1緒痕碍亦AUzjqU•T5X5X17kHWAii/rFXviJKj^VA^RwHH/Tyu往研究没有从飞行

6、员的视角研究着舰策略与操纵方法，没有比较"保速度〃和〃保角"策略在着舰效果上的最终差异，无法直接用于飞行训练指导.目前虽然舰载机动力补偿系统已较为成熟并逐渐成为舰载机标准配置之一，但作为任务的最&-9终执行者，作为自动驾驶的最终备份，飞行员必须掌握”手动"反区操纵技巧，才能具备上舰资格.因此，从操纵角度，硏究舰载机着舰操纵策略有着重要意义.2015-11-05收到第1稿，2016-03・15收到修改稿■*国家自然科学基金资助项目（51505493）和国家重点基础研究发展+通讯作者E・mail:xiangjw@buaa.edu.cn计划（973）资助项目（201基准迎角角

7、度、“保速度"策略中的基准速度本文针对不同返航重量下如何提高着舰精度这一问题，对飞行员操纵策略进行研究•硏究思路是，首先对需要应用的数学模型进行介绍，而后对〃保速度"和"保角"策略”基准状态"进行探讨，基准状态研究是后续着舰操纵策略硏究的基础.所谓〃基准状态"就是飞行员操纵策略中所要保持的参考状态，如"保角"策略中的1CB707002）等.然后，针对着舰操纵行为和飞行操纵策略得到对应模型被控对象，最后通过人•机•环境闭环仿真和着舰点分布比较,分析着舰策略差异及其成因・这一硏究可为飞行员实际操纵提供理论参考,为自动着舰系统设计