面向操纵面故障飞机的应急飞行规划方法研究

123456aa · 发表于 2022-5-4 18:07:36

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雅宝题库解析：
航空事故的频发引起了人们对航空技术安全性、可靠性的日益关注。设计具有较强应急能力的飞行管理、规划和控制系统，将有助于在飞机故障的情况下辅助飞行员实现紧急迫降或实现自主飞行器的智能飞行，对提高飞行容错能力、降低飞行事故的发生率有着十分深远的意义。本文针对操纵面故障将改变飞机动力学特性的题目，就应急飞行规划的方案及关键技术：安全飞行包线分析、应急飞行轨迹生成和气流角控制等进行了较为深入的研究。针对现有的方法离线计算量大和优化时间长、无法实时计算的缺点，将应急飞行轨迹规划中的配平轨迹和机动轨迹分开设计，提出了“粗规划+细规划”的方案。该方案“粗规划”用于轨迹主体的配平轨迹规划；“细规划”用于连接相邻配平状态的机动轨迹规划。该方案保证了规划的实时性并满足飞机动力学特性等约束。为与轨迹规划的需求相结合，按高度、速度、高度变化率和航向角速率4维空间，定义了稳定机动区域作为安全飞行包线。为快速、准确确定该区域范围，提出了两次延拓方法直接计算其边界，可避免配平计算不稳定点，在精度和效率上均优于现有方法。采用非线性规划方法，以时间最短为优化指标，对配平轨迹规划进行了优化设计，仿真验证表明，其结果满足了约束条件和实时性要求。以分析操纵面故障对飞机的影响为基础，针对故障飞机控制和机动能力下降的题目，将控制量变化率最小作为优化指标，采用高斯伪谱法将机动轨迹规划题目离散化为非线性规划题目，优化计算符合运动方程约束的安全飞行轨迹。仿真验证表明，其结果满足约束条件并能实现平稳飞行。针对故障和传感器引起的偏差和扰动，以快慢两个回路为基本控制结构，采用滑模控制方法设计了气流角控制器。仿真验证表明，该控制器实现了在故障干扰的情况下较好地跟踪与轨迹对应的气流角指令。针对副翼和方向舵卡死两类故障情况，进行了综合应急飞行规划试验。仿真分析结果表明，本文提出的应急飞行规划方案和方法能够在故障发生后产生可行的应急飞行轨迹，并满足故障飞机动力学特性和规划约束。

面向操纵面故障飞机的应急飞行规划方法研究

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