舰载机着舰过程仿真及下落点分析

舰载机着舰是飞机整个飞行过程中的关键环节,受到舰船的运动和海上的大气紊流扰动,是事故多发环节。本文对舰载飞机的着舰环境建立了数学模型,提出了一种基于推力补偿系统与自动驾驶仪系统交联的控制方法,通过仿真比较角稳定和点稳定2种光波束引导着舰方案,得出着舰终端误差。研究成果对于舰载机的着舰引导具有参考价值。     

航母甲板风对舰载机进舰轨迹流场影响分析

舰载机着舰轨迹上的流场特性对舰载机的安全准确着舰具有重要影响。本文以"尼米兹"级航空母舰为研究对象,建立简化三维数模,并对其舰载机进舰轨迹进行分析。基于Ansys软件,采用结构化网格对整个流场分析区域进行网格划分,并进行流场仿真。分析不同风速和风向角下舰载机进舰轨迹上的流场特性,分析表明:舰载机进舰轨迹上的垂向风影响随着甲板风和风向角的增加而增大;侧向风随着甲板风的增加而震荡加剧,且风向角越大,侧向风峰值也随之增加。     

基于极短期运动预报的舰载机着舰过程仿真分析

[目的]舰载机着舰过程是其整个飞行过程中的一个关键环节,由于受到舰船运动的影响,技术难度较大。[方法]基于舰船极短期运动预报,开展舰载机着舰过程的仿真研究。首先,基于传统的舰船极短期运动预报方法,采用波形匹配和仿射变换,提出一种最优预报算法的确定方法;然后,建立基于光波束导引的舰载机着舰导引系统模型,并提出3个衡量着舰导引系统性能的终端误差指标;最后,开展舰载机着舰过程的仿真研究,分析舰载机对光波束运动轨迹的跟踪偏差及落点分布,得到着舰终端误差。[结果]由仿真结果可知,舰载机的着舰点相对集中,大多位于理想着舰点范围内,着舰终端误差满足着舰引导系统规范的要求。[结论]研究成果对于舰载机的着舰引导具有参考价值。     

尾流干扰下舰载机的着舰控制研究

舰载机在着舰过程中受到尾流干扰导致稳定性不好,为了提高舰载机的着舰动态稳定性,提出基于小扰动补偿的尾流干扰下舰载机的着舰控制方法。构建尾流干扰下舰载机着舰控制约束参量模型,采用惯性姿态融合方法进行飞机着舰的动态姿态调节,根据尾流干扰导致的姿态偏移量进行误差反馈修正,实现对舰载机着舰过程中的位姿自适应控制,提高着舰控制的稳态性和动态性。仿真角表明,该方法能提高飞机着舰的稳定控制性,控制过程的鲁棒性较高。     

弹射中舰载机快速传递对准技术

舰载机弹射过程中的高加速度有利于提高舰/机惯导的传递对准速度,但高速运动带来的误差也会影响传递对准的性能。本文对舰载机的弹射流程、拖拽方式、弹射时间、弹射过程中线运动及角运动规律等进行分析,从舰载机弹射时间、舰机相对运动规律,及基准信息来源等对传递对准匹配方法的约束,基准信息精度与品质、动态杆臂误差,及大失准角误差等方面对传递对准性能的影响等,论证实现舰/机惯导传递对准的可行性,提出相应的传递对准方案,并提出各种干扰误差的相应补偿方法。研究表明,舰/机惯导弹射中,基于速度匹配的传递对准方法,可以实现舰载机紧急起飞情况下的快速初始对准。     

环境扰动下的舰载机着舰响应分析与建模

航母对一个国家的重要性越来越明显。舰载机是航母上重要的核心武器装备,负责航母的攻击及防御。但是,由于舰尾气流和甲板运动的影响,舰载机的着舰精准性面临非常大的问题,对飞行员的操作水平要求极高。因此,对影响舰载机着舰的环境扰动因素进行充分研究显得非常必要。本文将基于PID算法,着重对以上2个因素进行分析,并建立相应的模型。     

舰载机起降指导技术研究现状及发展趋势

介绍了航空母舰舰载机起降指导技术的研究现状,论述了基于纵摇运动的舰载机起飞指导方珐,及光学助降系统等着舰指导方式的特点、原理．介绍了全天候自动着舰系统以及着舰决策支持工具,讨论了起降指导系统的未来研究方向．     

基于LQG的穿浪双体船垂向运动控制系统设计

穿浪双体船独特的船体结构使得其横摇运动较小,但在高海况高航速行时垂向运动比较剧烈,为此需要一种有效的控制系统来解决问题。本文设计的控制系统由船首的T型水翼和船尾的纵倾调整尾板构成,运用合理的控制策略使二者统筹配合,发挥最优的减摇效果。首先建立双体船的垂向运动模型,利用切片理论求解水动力系数;然后采用Fluent仿真分析T型水翼和纵倾调整尾板的水动力特性;在此基础上设计LQG控制器,对不同海况下的穿浪双体船的垂向运动进行仿真研究。结果表明,运用LQG控制策略设计的运动控制系统能够很好地抑制双体船的垂向运动。     

舰载机降落技术探讨

舰载机在甲板上的降落是一个充满了各种危险的过程,过前、过后或靠左、靠右都会造成冲出甲板或与舰上其他飞机相撞的危险,甲板的横摇幅度过大也会使舰载机机轮触及甲板时产生倾覆。甲板降落方式还带来了飞机结构增重,严重影响了舰载机的战技性能,与同类型的陆基作战飞机相比,几乎所有的舰载机战术技术性能都有相当大的下降。为满足舰载机安全降落要求,航母的设计者不得不采用放大排水量和加大飞行甲板面积这两个迫不得已的办法来降低事故率。在关于中国航母的讨论中可以看出,大家对舰载机的起飞方式给予了极大的关注。实际上对于许多国家来说,降落安全性才是发展航母的技术瓶颈,可以说,只要掌握了舰载机的降落技术,也就等于拿到了建造航母的通行证。增加航母的排水量是一种降低舰载机降落难度的方法,但要达到比较理想的效果,航母的造价就会大幅度上升,这又形成一道资金关口,同样是许多国家难于承受的。正是由于降落问题如此严重,以至于十多年前许多航空专家都认为短距起飞垂直降落是舰载机的的最佳发展方向。 舰载机的降落技术是一个不断完善和发展的课题,这方面的相关技术包括飞机的性能、航母飞行甲板的设计、能帮助飞行员完成降落的仪器设备等。从最早的人工引导和飞行员目视着舰发展到利用光学设备和雷达制导着舰已经经历整整半个世纪,已经有不少文章谈论到舰载机的安全降落问题,本文在此基础上试对常规舰载机降落技术的历史、现状及未来发展等方面再进行了一番探讨,也许还能给读者一些新的感受。[编者按]     

一种用于航母自动着舰的视觉伺服技术

介绍国外一种利用舰载机传感器获得航母3个视觉特征实现航母自动着舰的新方法。这种方法将舰载机运动状态和航母视觉特征联系起来,应用一种基于线性化舰载机运动模型的控制方案,能够引导舰载机安全降落于行进中的航母上。     

舰载机动力补偿系统设计

大型军事舰船,特别是具有战斗机运载能力的舰船(航空母舰等)是一个国家非常重要的战略力量,对保卫国家海上领土有重要意义。舰载机是指以航空母舰等为基地的飞行器统称,按照机翼结构可以分为固定翼飞机和直升机等形式。舰载机的起飞与降落问题一直是军事领域的重点和难点,本文的研究对象是舰载机在着舰时的动力补偿系统,该系统的主要作用是保证飞机器在着舰时具有合理的速度和加速度,保持稳定、安全的着舰。本文首先介绍了舰载机动力补偿系统的原理,然后在舰载飞机的动力学模型的基础上,设计了一种基于PID控制的舰载飞机动力补偿系统。     

现代航空母舰阻拦装置

1 为什么要设计舰载机着舰阻拦装置 现代喷气式飞机的着舰速度较大,一般在200—300米／秒左右,在不采取任何拦阻措施的情况下,需要滑行上千米才能停下来。而航空母舰飞行甲板的长度只有200—330米左右,因此,如何使飞机在如此短的距离内停下是航母设计的关键。阻拦装置的作用就是在最短的时间和距离内吸收掉着舰飞机的动能,使其迅速减速并安全停下来。     

基于多目标遗传算法的飞行甲板参数化设计优化方法

飞行甲板是航母总体设计的关键和难点,开展飞行甲板设计优化对提高航母的甲板布列、舰载机的出动回收能力等总体设计具有重要意义。为解决飞行甲板设计变量、评估要素众多而带来的总体设计的复杂性和多样性,提出一种全参数化的飞行甲板建模方法,并采用多目标遗传算法,建立飞行甲板多目标设计优化的数学模型和算法。研究表明:飞行甲板参数化模型可准确构建飞行甲板的外形方案,结合多目标遗传算法可有效实现飞行甲板多方案的自动评估和优化,获得多目标优化的前沿解。     

基于低通滤波和经验模态分解的舰船耐波性试验信号分析方法研究

针对舰船耐波性实测信号中趋势项难以消除而影响滤波精度这一问题,采用经验模态分解方法消除趋势项的影响.根据舰船对波浪运动响应的低频特点,在经验模态分解前先进行低通滤波,可使实测运动信号中的谱峰频率处在相对高频位置,减少EMD迭代次数,并使有用信息包含在第一个IMF中,方便对有用模态的识别.还针对实船耐波性试验无法直接获得垂荡位移的实际问题,对垂向运动加速度联合采用低通滤波、数值积分和EMD去趋势项消除积分误差的方法获得垂荡,通过模型耐波性试验以及对实舰横摇角速度采用该方法求得的横摇与实测横摇的比较,验证了该方法在舰船耐波性实测信号分析中的有效性.     

基于分层优化策略的一站式保障资源性能指标联合优化方法

[目的]为提高舰载机保障效率,开展一站式保障模式下航空保障资源性能指标的优化设计研究。[方法]建立以最小化保障时间为目标的舰载机甲板作业调度模型,将航母舰面航空保障资源性能指标视为满足区间约束的自变量,构建双层优化模型;基于分层优化策略,采用哈里斯鹰优化算法求解性能指标问题,设计改进的引力搜索算法（GSA）求解甲板作业调度问题。[结果]通过多种典型任务场景的算例仿真,得到了不同出动模式下的最优资源配置方案与保障作业调度方案,验证了求解算法的有效性。[结论]利用所提出的方法可以有效求解一站式保障资源性能指标与保障作业调度的联合优化问题,为一站式保障资源的配置优化提供了一定的理论支撑。     

激光陀螺的插值FIR滤波硬件解调方法仿真分析

针对传统激光陀螺解调方法中存在较大运算量和时延问题,提出一种基于插值FIR滤波数字信号处理方案。在理论分析滤波器时延和运算量的基础上,阐述插值FIR滤波器的原理和优势;针对某型号激光陀螺,利用Matlab设计了插值FIR滤波器参数,并通过Quartus II中Mega Core IP核实现插值FIR滤波器定制;对于生成的模型在Simulink中利用DSP Builder对该滤波器进行仿真,完成静态试验验证。结果表明:经插值FIR滤波,高频分量峰值能从250降低到0.15左右,噪声功率谱衰减达60 d B;在保证信号线性相位的基础上,将运算量降低33%,减小了对硬件资源的需求。     

航母甲板风的大涡模拟

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了航母甲板风的运动规律,得到了甲板上方及航母后方空气胀量、压力和垂向速度随不同来流速度的变化关系。迎面风使航母甲板前沿出现上升气流,甲板前中部出现下洗气流,随着来风速度的增加,该上升和下洗气流速度的绝对值增大;迎面风使航母甲板上出现负压气流,随着来风速度的增加,该负压区域和负压值增加;迎面风使紧靠航母的尾流出现一个较大的负压区,随着来风速度增加,该区域最大负压的绝对值增大,而区域范围变化不大;航母尾部的负压区与"公鸡尾"气流效应区域基本重合。本文的研究结果对舰载飞机的安全着舰具有参考意义。     

基于无源性理论的船舶动力定位滤波器设计

为滤除船舶动力定位系统中的高频分量,减少推进器不必要的机械磨损和燃料消耗,基于无源性理论设计了非线性无源滤波器,并证明了其稳定性。建立了非线性船舶模型并在Matlab上对一实际船舶模型进行仿真,针对4种不同海况将所设计非线性无源滤波器和卡尔曼滤波器进行对比分析,结果显示在平静海况下,2种滤波器均能有效的滤除高频噪声,在高海况和极端海况下,卡尔曼滤波器滤波效果不明显,所设计无源滤波器仍有较好的滤波效果,仿真结果表明无源滤波器稳定性更好,鲁棒性更强。     

单壳体潜艇在气泡脉动载荷作用下的响应规律研究

基于Geers与Hunter提出的自由场气泡脉动载荷计算方法,利用开尔文冲量法分析气泡自由场假设成立的条件,并将简单结构的计算结果同试验值进行对比,验证了所用算法的有效性。通过对简化的单壳体潜艇结构在不同气泡工况下响应的求解分析,得出如下结论:当气泡与边界距离大于其半径的3倍时,可忽略结构对气泡运动的影响;声固耦合法可有效求解结构在气泡脉动下的响应;在低频气泡脉动载荷激励下,结构的一阶及三阶垂向运动被激起,且以一阶运动为主;结构一阶垂向湿频率与气泡脉动的频率相差一定时,结构频率与其鞭状运动幅度呈负相关趋势;当气泡脉动频率与结构湿频率接近时,结构的响应出现峰值。     

小波包和神经网络的船舶电力系统谐波检测方法

随着船舶电力系统中接入越来越多的电力电子设备,谐波污染现象变得愈发严重。当前的谐波检测还无法实现较小的谐波频率、相位、幅值检测误差,提出小波包和神经网络相结合的船舶电力系统谐波检测方法。设计由微处理器、信号采集板、上位机构成的船舶电力系统信号采样装置,实施电力系统电流信号与电压信号的采样。通过小波包算法提取采集信号高频部分的有效值。基于神经网络思想设计Elman神经网络谐波检测器,实现船舶电力系统谐波检测。其中在输出层中通过主成分分析方法实施神经网络的输出优化,并实施Sigmoid激励函数的改进,以降低检测误差。测试结果表明,该方法平均谐波频率检测误差、平均谐波相位检测误差、平均谐波幅值检测误差的区间均值分别为0.16 Hz,0.20°,0.12 V,整体误差很低,同时克服了基波分离延时问题。