弹射座椅不利姿态控制规律设计

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1、2016年3月第42卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMareh2016V01．42No．3http：∥bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0188弹射座椅不利姿态控制规律设计毛晓东1’4，林贵平2，郁嘉2(1，沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136；2．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：弹射座椅在低空不利姿态下的弹射救生性能是第四代弹射座椅的关键技术，而控

2、制规律算法设计则是姿态轨迹控制的核心问题。提出了一种全新的控制规律设计方法，通过建立弹射全过程的轨迹姿态仿真模型、设计控制参数寻优计算模型，得到离散化的最优控制参数集。利用基于误差逆向传播(BP)算法的多层前馈神经网络模型，获得弹射状态全区间范围内的连续性控制规律算法。以单滚转不利姿态为例，进行了控制规律算法的设计验证。结果表明，采用本文控制规律算法后，弹射座椅在最低安全救生高度性能指标上远远优于多模态控制规律、美俄联合研制的K36]I．3．5型座椅，并基本满足国军际的性能要求。设计方案简单明确，结果算法逼近理论最优值，可以为第四代弹射座椅控制规律设计提供一定的参考意义。关键词：弹射座椅；

3、不利姿态；数值仿真；救生性能；控制规律；神经网络中图分类号：V244．21文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)03-0426-09弹射座椅是战斗机飞行员应急离机、安全获救的重要救生装备。弹射座椅性能的优劣，直接关系到飞行员的生命安全，因此受到广泛的关注和重视。弹射座椅出舱离机之后，对其工作时序需要进行相应的控制，主要包括降落伞开伞时间等。而当座椅具有姿态轨迹控制或高速气流防护装置时，还需要根据具体的弹射状态确定适宜的工作参数。综上所有涉及对弹射座椅工作时序或流程的控制，称之为弹射座椅的程序控制技术。弹射座椅的程序控制技术先后经历了单态程序控制、双态程序控制和多模态程序控制

4、3个主要发展阶段⋯。现役第三代弹射座椅主要采用双态程序控制，根据弹射启动时飞机的速度和高度划分大约3～5种弹射模式，以控制开伞时间旧1。双态程序控制可以有效减小中低速弹射情况下的射伞延迟时间，从而改善低空救生性能。而当弹射高度较高时，通过高度临界值增加额外的射伞延迟时间，以使飞行员尽快离开高空低温缺氧等不利环境，避免受到高空不利因素造成的生理损伤。美国空军ACES—II型座椅¨⋯、美国海军NACES型座椅¨⋯、俄罗斯K36系列座椅¨1均采用双态程序控制技术，分别划分了3种、5种和7种工作模式，救生成功率基本达到100％，是最具代表性的现役第三代弹射座椅。为了尽可能缩短中低空弹射开伞时间，马

5、丁一贝克公司在MKl6A型座椅的程序控制器中将低空减速模式的开伞时间进一步细分为254种¨。，以满足开伞动载不超过人体生理耐限要求的前提下，尽快展开救生伞。该方法虽然暂时解决了问题，但也暴露出以模式划分为基本原理的程序控制规律设计的致命缺陷。即为了保证控制参数的全局最优性，模式划分需足够精细，当状态参数较多时，该方法很难实现。随着第四代战斗机的逐渐服役，低空不利姿收稿13期：2015-03-31；录用13期：2015-06-26；网络出版时间：2015-08-0317：20网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150803．1720．017

6、．html}通讯作者：Tel．：024-89738720E—mail：mxdbh@163．corn；f用格式：毛晓东，林贵平，郁嘉．弹射座椅不利姿态控制规律设计ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(3)：426—434．MAOXD。LINGP．Yu

7、．Designofcontrollawforejectionseatunderadvemeattitudestl]．JournalofBeqingUniversityofAero—nauticsandAstronautics，2016，42(3)：426-434(inChinese)．第3期毛晓东，等：弹射座椅不利姿态控制规律设计427态

8、条件下的安全救生能力成为第四代弹射座椅的首要任务和基本目标旧j。其关键技术之一在于姿态控制，即弹射座椅出舱后能够根据自身感受的状态参数，纠正运动姿态使弹射轨迹能够向着有利于救生成功率增加的方向发展。美国CREST计划olo]、第四代弹射座椅验证计划¨川以及Aerojet公司的多轴针栓姿态控制(MAX—PAC)¨21均开展了完全推力矢量控制在弹射座椅姿态调整方面的应用研究。但由于关键技术不成熟，尚处于工程验证阶段。美国和俄