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舰载机起飞控制与仿真技术研究

朱熠  
【摘要】:航母是现代海战中强大的军事单位,舰载机是航母的核心,舰载机的起飞技术的成熟程度直接关系到航母的战斗性能。滑跃起飞和弹射起飞是最典型的两种舰载机起飞方式,本文针对这两种方式的特点,作了全面而深入的研究。 对滑跃起飞和弹射起飞的全过程分别建立了数学模型,从舰面滑跑和离舰上升两个阶段进行了介绍。在舰面滑跑阶段,对于滑跃起飞,重点研究了舰载机在水平甲板的运动模型和在弯曲斜甲板段的运动模型,并研究了斜甲板形状的拟合方法;对于弹射起飞,除了研究舰载机运动模型之外,还研究了蒸汽和电磁两种弹射系统的建模方法。在上升段,利用飞机的六自由度模型,设计了基于姿态控制律的飞行控制系统。 在控制器设计与仿真分析的过程中,基于舰面滑跑阶段的仿真结果,确定上升段的初始飞行状态,对飞机非线性模型进行配平线性化。根据滑跃起飞和弹射起飞的不同控制特点,对滑跃起飞设计了带有迎角反馈的姿态控制系统,并带回非线性模型进行了控制效果验证;对弹射起飞,特别选取了不利的初始飞行状态,进行了控制律效果的仿真验证,并通过在线性化模型中加入阵风扰动,检验了所设计控制律的抗干扰能力。仿真结果表明,在合适的控制系统的设计之下,滑跃起飞和弹射起飞均能在离舰上升阶段保持安全稳定的飞行。 本文还结合Matlab和Flightgear软件对舰载机弹射起飞的过程设计了三维视景仿真,通过对舰载机三维模型的重构、Matlab接口程序的设计以及Flightgear源代码的分析,成功实现了弹射起飞过程的视景仿真。在视景仿真程序的设计过程中,体现了“简化三维模型构建”、“强化二维数值仿真”的思想,为类似的二维仿真转化为三维仿真的课题与研究提供了一种简捷的思路。


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