固定翼无人机自动着舰飞控系统设计

发布时间：2020-04-23 08:15

【摘要】：无人机进场着舰危险性较高、难度较大,海上着舰环境复杂多变,着舰过程中的飞行控制系统作为自动着舰系统的内环,具有控制飞机姿态保持飞机平稳下滑的重要作用。本文主要针对国内某型固定翼无人机进行飞行控制系统的研究和设计工作。首先,构造固定翼无人机六自由度全量非线性模型;并提出最小能量函数法,对无人机着舰阶段各个状态量进行配平,验证平衡态时各个状态量稳定性较好,精确度较高,能够满足着舰要求。其次,针对固定翼无人机设计自动驾驶仪。将无人机配平状态做为非线性模型线性化的基准状态,应用小扰动线性化方法对无人机非线性模型进行线性化,确定控制对象。对无人机自动驾驶仪由内而外设计其回路结构,并进行参数整定,验证设计驾驶仪对阶跃信号的响应状态。然后,针对固定翼无人机的本体特性,设计了维持迎交恒定的进场动力补偿装置。在最小能量函数配平法的基础上对配平方法进行改进,应用无人机非线性模型寻找多组平衡状态,研究其速度阻力曲线,证明该固定翼无人机需要设计进场动力补偿装置。对无人机维持迎交恒定的进场动力补偿装置进行结构设计和参数整定。对高度变化率进行单位阶跃输入,验证完成该设计工作后,整个飞控系统的响应曲线。最后,分析无人机着舰过程可能面对的随机干扰风,根据军标MIL-HDBK-1797提取出自由大气紊流和舰尾随机紊流,验证本文设计的无人机飞控系统可以在一定程度上抵抗住着舰过程中可能出现的干扰。在风场下,利用遗传算法对无人机飞控系统进行参数寻优。最后与扰流场下寻优前的飞控系统响应对比,验证参数寻优后系统具备更强的抑制紊流的能力。
【图文】：

图 1.1 喷火舰载机 图 1.2 F4F 舰载机20 世纪 50 年代中期，以美国的 F-8（Crusader）为代表，舰载机开始使用后掠翼式的机型，这样可以达到提高战斗机机动性能的作用。F-8 由于具有很多优良的性能，至今仍在被某些国家使用。20 世纪 60 年代开始，海军部队开始装配一些具有良好作战性能的舰载机，例如：美国的 A-6、F-4 和英国的“海盗”舰载机。伴随着各国开始意识到航空母舰在海上作战中的重要作用，世界范围内都开始快速发展航空母舰-舰载机体系，一般舰载机已经不能满足海军的需求。因此，1960 年开始，由美国开始研制完成的 EA-6A 型舰载机、E-2 型舰载机和 S-3 型舰载机开始完成包括侦查预警和驱赶攻击等工作。在当时，美军已经可以初步实现航空母舰-舰载机作战系统。在 21 世纪初，美国对伊拉克开启大规模武装打击行动，在这场区域战争中，美军运用了 S-3 型舰载机和“林肯”号航空母舰对伊拉克进行打击，在航空母舰上美军还协调了各种舰载机、侦察机、反潜机等，显示了航空母舰作战群的强大威力。在科技日新月异的今天，美国作为世界航母发展的佼佼者，目前仍在服役的主要机型有：E-2 型预警机、EA-6B 型舰载机、S-3 型反潜机、F-14 型舰载机和 F-18 型舰载机。而作为第五代战斗机，F-35 也拥有舰载机型，备受瞩目的 X-47B 无人机也在航空母舰战斗群中。在其他拥有航母的国家中，英国、法国、俄罗斯等也拥有较强的在航

图 1.1 喷火舰载机 图 1.2 F4F 舰载机20 世纪 50 年代中期，以美国的 F-8（Crusader）为代表，舰载机开始使用后掠翼式的机型，这样可以达到提高战斗机机动性能的作用。F-8 由于具有很多优良的性能，至今仍在被某些国家使用。20 世纪 60 年代开始，海军部队开始装配一些具有良好作战性能的舰载机，例如：美国的 A-6、F-4 和英国的“海盗”舰载机。伴随着各国开始意识到航空母舰在海上作战中的重要作用，世界范围内都开始快速发展航空母舰-舰载机体系，一般舰载机已经不能满足海军的需求。因此，1960 年开始，由美国开始研制完成的 EA-6A 型舰载机、E-2 型舰载机和 S-3 型舰载机开始完成包括侦查预警和驱赶攻击等工作。在当时，美军已经可以初步实现航空母舰-舰载机作战系统。在 21 世纪初，美国对伊拉克开启大规模武装打击行动，在这场区域战争中，美军运用了 S-3 型舰载机和“林肯”号航空母舰对伊拉克进行打击，，在航空母舰上美军还协调了各种舰载机、侦察机、反潜机等，显示了航空母舰作战群的强大威力。在科技日新月异的今天，美国作为世界航母发展的佼佼者，目前仍在服役的主要机型有：E-2 型预警机、EA-6B 型舰载机、S-3 型反潜机、F-14 型舰载机和 F-18 型舰载机。而作为第五代战斗机，F-35 也拥有舰载机型，备受瞩目的 X-47B 无人机也在航空母舰战斗群中。在其他拥有航母的国家中，英国、法国、俄罗斯等也拥有较强的在航
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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本文编号：2637536