飞机牵引滑行入港安全运动路径生成及其轨迹跟踪控制方法

针对飞机紧急降落后无法继续利用自身动力滑行入港场景，研究使用牵引车牵引其滑行入港的方式，考虑牵引滑入时机轮与机场跑道及滑行道边缘的安全净距，分别提出适用于机型-机场匹配时的牵引车-飞机系统的铰接点过中心线(HPOC)法和不匹配时的飞机主起落架几何中心过中心线(GCOC)法，并基于2种方法建立运动学模型，在净距及飞机前轮转角约束下对系统转弯滑行入港运动进行轨迹规划。基于GCOC法建立连续非线性系统的轨迹跟踪模型，通过线性二次调节器(LQR)对不同权重系数及存在初始偏差的轨迹跟踪问题进行了研究。结果表明:牵引车以HPOC法牵引飞机在与其机型不匹配的机场滑行入港时，机轮会发生碰撞危险；而采用GCOC法时其运动轨迹可以满足跑道及滑行道边缘的安全净距要求。在对系统进行轨迹跟踪控制时，当将飞机主起落架几何中心的横、纵坐标权重系数Q₁、Q₂及表示飞机姿态的角度权重系数Q₃均设为100，而表示牵引车姿态的角度权重系数Q₄设为0时，即:Q＝(100，100，100，0)，该方法可将实际牵引滑行入港轨迹与参考轨迹的偏差保持在0.05~0.1 m以内，且能够在10 s左右抑制系统状态变量误差，并使控制变量达到稳定；同时能够在12 s左右修正系统的初始偏差，相较于单机偏差修正的10 s，具有可接受的效果。      

飞机牵引滑行技术综述

从飞机牵引滑行模式的本质出发，分析了牵引滑行的内涵和驱动因素，提出了实现飞机牵引滑行模式需解决的牵引滑行过程运动学及其环境载荷分析、牵引滑行多体系统动力学、飞机前起落架结构力学响应、系统运动感知与控制、牵引滑行装备与物理测试平台以及牵引滑行模式对机场运行规则影响等关键问题，并分析了6项关键问题的研究现状和发展趋势，探讨了实现新模式所面临的技术难点与挑战。分析结果表明：牵引滑行的运动学计算相比于传统牵引的精度和实时性要求更高，要实现牵引滑行的安全估计需建立系统运动的高精度解算算法；高速重载飞机牵引滑行系统的运动状态、机场路面条件、控制输入等多因素作用将可能导致横向失稳、脱抱等极限现象，针对其系统动力学行为开展研究需考虑其结构与系统的非线性特征；为保障前起落架在长距离牵引滑行中承受纵向牵引力和垂向振动力耦合作用下的安全，需研究其结构动态响应和极限工况行为机理；要实现飞行员精确控制牵引滑行运动，需对人机交互模式、飞行员感知控制方法进行研究并开展测试验证；牵引滑行技术可缩短飞机发动机在地面运行阶段的使用时间，降低油耗和碳排放量，但同时会增加机场场面运行的复杂程度，因此，需建立新的机场飞行区场面...