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基于IPSO的舰载机出动离场规划研究

系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1337-1345页

作者：刘玉杰崔凯凯韩维李樾海军航空大学航空基础学院山东烟台264001 海军招收飞行学员工作办公室北京100071 中国人民解放军92942部队北京100161 中国人民解放军92728部队上海200436

针对舰载机机群出动离场效率问题,提出了一种改进的粒子群优化(improved particle swarm optimization, IPSO)算法。首先,基于舰载机的出动离场流程及约束建立了舰载机出动离场数学模型,并根据出动离场问题特点设计了一种连续编码形式... 详细信息

针对舰载机机群出动离场效率问题,提出了一种改进的粒子群优化(improved particle swarm optimization, IPSO)算法。首先,基于舰载机的出动离场流程及约束建立了舰载机出动离场数学模型,并根据出动离场问题特点设计了一种连续编码形式以表示出动规划方案。然后,通过在参数自适应粒子群优化算法的基础上引入基于莱维飞行扰动的模拟退火机制,提出了将IPSO用于对出动离场规划问题进行求解。最后,分别针对8、10、12机的出动离场规划场景进行了仿真验证。仿真结果表明,所提算法较已有的优化算法而言具有更好的寻优能力。

关键词：舰载机出动离场粒子群优化莱维飞行模拟退火

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基于模型预测控制算法的精确着舰控制方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1197-1207页

作者：万兵苏析超汪节韩维李常久海军航空大学烟台264001

针对舰载机着舰过程中的航母运动、舰尾流扰动等影响,提出一种基于模型预测控制-线性二次型高斯(MPC-LQG)算法的精确着舰控制方法,开展飞机纵向通道的精确着舰控制研究。对飞机纵向动力学、舰尾流、航母运动、轨迹跟踪等,进行建模和分... 详细信息

针对舰载机着舰过程中的航母运动、舰尾流扰动等影响,提出一种基于模型预测控制-线性二次型高斯(MPC-LQG)算法的精确着舰控制方法,开展飞机纵向通道的精确着舰控制研究。对飞机纵向动力学、舰尾流、航母运动、轨迹跟踪等,进行建模和分析。对MPC-LQG算法进行融合,以实现轨迹跟踪控制,核心思想是:模型预测控制进行航母运动补偿;设计全维状态观测,实现全状态反馈,以实现最优着舰控制。对不同的着舰情况和初始条件进行算法仿真,并与其他算法进行仿真比较。仿真结果表明,所提方法的轨迹跟踪效果很好,高度偏差0.1~0.2 m;相比传统着舰控制,所提方法动态响应快、着舰精度高。

关键词：模型预测控制-线性二次型高斯甲板运动引导指令着舰控制轨迹跟踪

两栖攻击舰舰载直升机群出动作业一体化调度研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：韩维韩啸华苏析超王刘松吴浩南海军航空大学航空基础学院海军航空大学航空作战勤务学院中国人民解放军91860部队

甲板作业调度是提升舰载机出动率的关键技术。针对两栖攻击舰舰载直升机群出动作业多阶段、高耦合特性，提出一种包含出库及甲板调运、机务勤务保障、出动离场在内的调度模型和优化算法。首先，深入分析了舰载直升机出动作业流程，基于... 详细信息

甲板作业调度是提升舰载机出动率的关键技术。针对两栖攻击舰舰载直升机群出动作业多阶段、高耦合特性，提出一种包含出库及甲板调运、机务勤务保障、出动离场在内的调度模型和优化算法。首先，深入分析了舰载直升机出动作业流程，基于各阶段的逻辑约束和资源约束，以最小化机群出动时间为优化目标，建立了舰载直升机群出动作业一体化调度模型；随后，将该问题转化为具有转移时间特征的资源受限项目调度问题，基于串行调度生成机制，设计了一种两段编码的遗传-邻域搜索算法求解。通过对12架舰载直升机集中出动案例进行的仿真实验，验证了调度模型和算法在优化出动流程方面的有效性，显著降低了机群出动准备时间，进一步发现机务勤务保障阶段的决策在全局调度中更为关键。

关键词：两栖攻击舰舰载直升机出动作业一体化调度资源受限项目调度

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综合直接侧力控制着舰

电光与控制 2024年第2期31卷 77-82页

作者：汪节韩维尹大伟苏析超海军航空大学山东烟台264000 中国人民解放军91475部队辽宁葫芦岛125000 中国人民解放军92728部队上海200000

提出了一种新的着舰控制方法,即综合直接侧力控制着舰。首次将直接侧力应用到着舰研究上,并将美军MAGIC CARPET着舰控制的纵向控制理念拓展到侧向控制上,对侧向直接力舵面和侧向常规舵面进行综合控制设计,实现侧向三通道解耦。在直接侧... 详细信息

提出了一种新的着舰控制方法,即综合直接侧力控制着舰。首次将直接侧力应用到着舰研究上,并将美军MAGIC CARPET着舰控制的纵向控制理念拓展到侧向控制上,对侧向直接力舵面和侧向常规舵面进行综合控制设计,实现侧向三通道解耦。在直接侧力通道上设计了横向轨迹增量控制,让横向杆位移直接正比于横向对中漂移速率。对HUD显示符号进行改进,使飞行员更直观地观察着舰态势。设计着舰飞行模拟环境,实时模拟飞行员操纵。模拟结果显示:飞行员能如MAGIC CARPET纵向控制一样,以“一杆操纵”策略很简便地完成对中修正,同时能很好地跟踪侧向甲板运动和抵抗侧风干扰,且整个过程航向角和滚转角基本不变。相对于常规着舰,该方法大大降低了飞行员操纵负担,且提高了着舰性能。

关键词：直接侧力魔毯着舰横向轨迹增量控制解耦控制

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MAGIC CARPET着舰的舰尾流抑制

电光与控制 2024年

作者：汪节韩维尹大伟潘子双李常久海军研究院海军航空大学教练机模拟训练中心海军航空大学航空基础学院

MAGIC CARPET（魔毯）是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术，也是未来主要的着舰方式。舰尾流和甲板运动是影响着舰的两大主要因素，研究了MAGIC CARPET的舰尾流抑制能力。首先分析MAGIC CARPET着舰的两个控制模态（FPAH控制模... 详细信息

MAGIC CARPET（魔毯）是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术，也是未来主要的着舰方式。舰尾流和甲板运动是影响着舰的两大主要因素，研究了MAGIC CARPET的舰尾流抑制能力。首先分析MAGIC CARPET着舰的两个控制模态（FPAH控制模态和DP控制模态），以及常规着舰的两个控制模态（姿态控制模态和Hdot控制模态）。然后参照MAGIC CARPET 试飞情况，进行下滑着舰仿真实验，在松杆（无杆指令）状态下，输入舰尾流，考察以上四种控制模态的舰尾流抑制情况。最后，从信号流图和时域上，分析了实验现象结论的内在机理。舰尾流抑制能力从高到低的排序是：DP控制模态＞FPAH控制模态＞Hdot控制模态＞姿态控制模态。DP控制模态能完全抑制舰尾流，各项指标都非常优秀，轨迹、高度、迎角和速度等几乎不受影响。DP控制模态的舰尾流抑制能力源于五点：①综合直接升力控制（直接升力舵面与尾流干扰信号同相）；②轨迹角速率反馈控制包围干扰信号（轨迹角速率与尾流干扰信号同相）；③轨迹角反馈控制包围干扰信号；④平尾辅助保持迎角；⑤自动油门保持速度提高系统稳定性。这五点因素中，前三个因素尤为重要。

关键词：舰载机着舰 MAGIC CARPET(魔毯) 舰尾流飞行控制综合直接升力控制 DP控制模态 Hdot

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MAGIC CARPET着舰控制的稳定性

电光与控制 2024年第6期31卷 67-73页

作者：汪节朱飞翔韩维万兵尹大伟海军航空大学山东烟台264000 中国人民解放军91475部队辽宁葫芦岛125000 海军研究院上海200000

魔毯(MAGIC CARPET)是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。研究了MAGIC CARPET控制的稳定性。首先,分析MAGIC CARPET着舰和常规着舰的控制结构。然后,进行人在环实时仿真实验,实验有MAGIC CARPET控制和常... 详细信息

魔毯(MAGIC CARPET)是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。研究了MAGIC CARPET控制的稳定性。首先,分析MAGIC CARPET着舰和常规着舰的控制结构。然后,进行人在环实时仿真实验,实验有MAGIC CARPET控制和常规控制两组,每组中又分油门不动和自动油门接通两种情况。实验显示稳定能力(轨迹稳定性、轨迹可控性、速度稳定性、迎角稳定性),从高到低的排序是:MAGIC CARPET控制(正常有自动油门情况)?MAGIC CARPET控制(油门不动情况)?常规控制(正常有自动油门)?常规控制(油门不动情况),可见MAGIC CARPET的稳定性能非常优秀。最后,从D-V曲线、信号流图、复域等多角度,综合分析了MAGIC CARPET控制和常规控制的稳定性机理。研究结果可为飞机着舰和直接力控制等方面提供参考。

关键词：着舰魔毯飞行控制舰载机综合直接升力控制反区稳定性自动油门

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基于甲板运动预报的舰载机着舰纵向预见控制

飞行力学 2024年第2期42卷 36-41,61页

作者：汪节韩维张源原万兵苏析超海军航空大学山东烟台264001 中国人民解放军91475部队辽宁葫芦岛125001

针对常规着舰控制只根据当前指令和状态信息导致控制性能有较大瓶颈问题,设计基于未来信息的着舰预见控制器。首先采用离散Kalman最优滤波进行甲板运动预报,然后将甲板运动预报的未来信息和基准下滑道的未来信息加入到着舰纵向预见控制... 详细信息

针对常规着舰控制只根据当前指令和状态信息导致控制性能有较大瓶颈问题,设计基于未来信息的着舰预见控制器。首先采用离散Kalman最优滤波进行甲板运动预报,然后将甲板运动预报的未来信息和基准下滑道的未来信息加入到着舰纵向预见控制中。实验结果显示,加入未来信息和预见控制器能大幅增强飞机跟踪基准下滑道和甲板运动的能力,显著减少系统相位滞后,改善控制精度和动态性能等。基于未来信息的着舰纵向预见控制,可以突破常规着舰控制性能的上限。

关键词：舰载机着舰预见控制甲板运动预报最优滤波飞行控制

MAGIC CARPET着舰对甲板运动的控制策略

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电光与控制 2024年第7期31卷 66-72页

作者：汪节韩维王家兴万兵王正磊海军航空大学山东烟台264000 中国人民解放军91475部队辽宁葫芦岛125000 航空工业沈阳所沈阳110000

MAGIC CARPET是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。MAGIC CARPET着舰性能很优秀,但受甲板运动的影响较大,因此研究应对甲板运动的策略十分有必要。首先,分析了航母运动和光学下滑道稳定方式;然后,分别研... 详细信息

MAGIC CARPET是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。MAGIC CARPET着舰性能很优秀,但受甲板运动的影响较大,因此研究应对甲板运动的策略十分有必要。首先,分析了航母运动和光学下滑道稳定方式;然后,分别研究了下滑道惯性稳定、下滑道线稳定时的MAGIC CARPET着舰,并得到了相关结论;理论分析和实时仿真表明该策略与美军试飞结果具有很好的一致性;最后,分析了下滑道稳定方式的选择方法。研究结果为飞机着舰和直接力控制提供了参考。

关键词：着舰精确着舰模式魔毯飞行控制航母运动下滑道惯性稳定线稳定

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舰载机着舰侧向轨迹增量控制

海军航空大学学报 2024年第1期39卷 108-114页

作者：汪节韩维王正磊岳付昌海军航空大学山东烟台264001 91475部队辽宁葫芦岛125001

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对HU... 详细信息

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。

关键词：着舰轨迹速率控制轨迹控制 “魔毯”辅助着舰技术精确着舰模式飞行控制