基于模型设计的连续下降进近控制方法研究

摘要

全球的民用航空运输高速发展，带来航班架次增长引起的空域资源紧张与未来民航发展的安全、高效、环保、经济期望之间的矛盾。不断涌现的民航飞行新技术被视为是破解该矛盾最有效的手段之一。然而，任何一项民航飞行新技术的推广应用首先需要综合评价其对飞行安全的影响。如何在缺乏实际数据的情况下，合理开展飞行安全评估是困扰民航的一项重要课题。相对于传统小样本真机实飞验证，仿真验证具有低成本、低风险、快速高效等特点。面临的主要问题是如何构建合理的飞行仿真环境。
　　相比于传统阶梯进近方式，连续下降进近技术（CDA）在环保、节能、降噪等方面具有非常明显的优势，是当前全球民航推广，并符合民航未来发展趋势的飞行新技术之一。该技术要求最大限度利用飞机势能，减少发动机的输出，完成飞机的进近和着陆，因此对该阶段的飞行控制和管制的长时间协调等能力有更高的要求。民航安全性的评估需要大规模、长时间、多架次的持续密集飞行，如此高强度的飞行验证很难依靠人工独立完成。实现 CDA的自动飞行是开展大规模仿真验证时首先需要解决的问题。
　　为此本文采用了基于模型设计(MBD)的理念，开发了能够满足 CDA要求的自动飞行半实物仿真平台，为未来较大规模的仿真验证提供基础。基于模型设计的从模型搭建到代码生成的全过程支持设计、测试、验证的迭代优化，具有更加合理高效可靠的开发流程，可以缩短开发周期，提高开发效率。因此，本文开发的半实物仿真系统具有良好的可扩展性，能够较好地支持未来飞行新技术的验证需求。本文主要工作如下：
　　1、构建了满足CDA飞行技术控制研究及验证的基于模型设计的半实物仿真平台，包含宏观终端区交通态势演化平台概念设计及微观飞行控制子系统单元；
　　2、结合飞行模拟软件，实现飞行控制子单元的设计与通讯，以南京禄口国际机场为原型，设计了CDA程序，共同构成CDA飞行环境；
　　3、以波音737-400为控制对象，从工程应用角度出发，设计符合CDA飞行特性的控制策略及算法，复现飞行员对飞机状态分析决策及控制操作；
　　4、在前三个工作的基础之上，按照基于模型设计的系统流程，开展CDA飞行仿真综合实验，包括模型软件仿真、代码优化及生成和硬件仿真。实现 CDA飞行技术的仿真及系统平台的验证。

目录

声明

缩略词

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的内容与安排

第二章 基于模型设计的飞行仿真平台实现

2.1仿真平台设计思想

2.2基于模型设计思想

2.3基于模型设计环境实现

2.4本章小结

第三章 连续下降进近飞行环境建立

3.1被控对象与数据传输

3.2 连续下降进近原理

3.3连续下降进近程序分析与设计

3.4 本章小结

第四章 CDA飞行控制方法设计

4.1 飞机动力学分析

4.2 飞行过程切换单元设计

4.3 控制算法设计

4.4 本章小结

第五章 基于模型设计的CDA综合仿真实验

5.1 CDA控制仿真实验

5.2控制单元代码生成

5.3处理器在环仿真实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文