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扰动对舰载机着舰过程的影响分析

作　者: 施亮
导　师: 范启富
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 舰载飞机自动着舰系统气流扰动甲板扰动比较分析 ACLS _H 预报技术
分类号: U674.70
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

航母是现代战争中极为重要的武器,我国也在大力发展航母技术,而其核心之一就是舰载机的起降技术,本文主要研究舰载机的降落。本文首先对舰载机着舰的相关技术发展和国内外概况进行了详细的介绍,展现了舰载机着舰技术从单纯依靠信号灯和人工示牌的初期阶段到光学助降系统的使用,到现在最先进的全天候ACLS自动着舰系统。舰载机在着舰过程中会有很多扰动,主要分为3种气流扰动和6种甲板扰动,如果不能很好地控制、消除这些扰动很可能会机毁人亡。本文首先使用力平衡建立舰载机的纵向运动方程和各种扰动的数学模型,然后利用Simulink构建了仿真模型,通过仿真,研究了各种气流扰动和甲板扰动对舰载机着舰的影响。文中所有的比较分析研究均基于简单的保持迎角恒定的动力补偿系统,在此系统下,经过向仿真系统中加入各种扰动。仿真结果表明雄鸡尾流和甲板的垂直起伏对着舰的影响最大,故着舰系统要重点抑制这两种扰动从而使着舰过程更加安全可靠。使用ACLS|_H控制结构,能有效抑制雄鸡尾流对舰载机着舰的影响,着舰高度误差可控制在1 m以内;而运用舰船运动预报技术则能根据甲板的运动情况实时修改飞行轨迹,明显削弱甲板扰动对舰载机着舰的影响。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 国内外航母发展概况  10-17
    1.1.1 靠信号灯和人工示牌的着舰指导阶段  11
    1.1.2 利用光学助降系统的引导的阶段  11-13
    1.1.3 利用全天候自动着舰系统(AWCLS)引导的阶段  13-16
    1.1.4 决策支持工具着舰指挥官(LSO )  16-17
  1.2 舰载飞机着舰环境  17-18
  1.3 本文主要研究内容和创新点  18-20
第二章系统模型  20-42
  2.1 飞机纵向运动方程的建立  20-25
    2.1.1 “H-T”体系  20-21
    2.1.2 飞机纵向小扰动方程  21-25
    2.1.3 垂直下沉速度方程  25
    2.1.4 法向加速度方程  25
  2.2 简化的飞机Wθγ(s) 控制结构和传递函数  25-28
    2.2.1 简化的飞机W_θ~γ(s) 控制结构  25-27
    2.2.2 飞机W_θ~γ(s) 的一般传递函数形式  27-28
  2.3 不同APCS 补偿结构对W_θ~γ(s) 的影响  28-39
    2.3.1 无动力补偿的自然飞机的W_θ~γ(s)  29-31
    2.3.2 速度恒定APCS 对W_θ~γ(s) 的影响  31-34
    2.3.3 迎角恒定的APCS 对W_θ~γ(s) 的影响  34-37
    2.3.4 在APCS|_α中引入法向过载n_z 控制信息  37-39
  2.4 Simulink 仿真模型  39-40
  2.5 本章小结  40-42
第三章气流扰动  42-54
  3.1 雄鸡尾流（稳态尾流）  43-50
  3.2 纵摇诱导尾流  50-52
  3.3 大气紊流  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章甲板扰动  54-58
  4.1 随机海浪的分析与仿真  54-55
    4.1.1 随机海浪的分析  54
    4.1.2 海浪波倾角仿真  54-55
  4.2 船舶的摇荡运动分析及仿真  55-57
    4.2.1 船舶横摇运动建模  55-56
    4.2.2 船舶的纵摇运动建模  56
    4.2.3 船舶的垂荡运动建模及仿真  56-57
  4.3 特定环境及状态下的舰船运动模型  57
  4.4 本章小结  57-58
第五章各扰动比较分析  58-66
  5.1 气流扰动比较分析  58-63
    5.1.1 雄鸡尾流  58-62
    5.1.2 纵摇诱导尾流  62-63
    5.1.3 随机紊流  63
    5.1.4 气流扰动小结  63
  5.2 甲板扰动  63-65
    5.2.1 纵向运动影响分析  63-64
    5.2.2 横向运动影响分析  64
    5.2.3 甲板扰动小结  64-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章主要扰动的解决方案  66-79
  6.1 气流扰动解决方案  66-69
    6.1.1 FCS |_H控制律设计研究  67
    6.1.2 雄鸡尾流作用下的ACLS 仿真研究  67-69
  6.2 甲板扰动解决方案  69-78
    6.2.1 舰船甲板运动的预报技术  69-70
    6.2.2 舰载机着舰的特殊制约条件  70-72
    6.2.3 舰船纵摇运动下的舰载机着舰过程分析  72-75
    6.2.4 基于舰船运动预报的舰载机着舰指导技术  75-76
    6.2.5 基于预报的着舰指导基本原理  76-77
    6.2.6 基于预报的着舰指导系统方案设计  77-78
  6.3 本章小结  78-79
第七章全文总结  79-80
  7.1 主要结论  79
  7.2 研究展望  79-80
参考文献  80-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  82-83
上海交通大学学位论文答辩决议书  83-85

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