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飞行路径控制系统的设计和仿真...
摘要：了解自动飞行控制系统的知识可以理解控制飞机飞行的基本问题，并提高其评估通常提出的问题解决方案的能力。有许多飞行任务需要让飞机非常精确地遵循某些特别定义的路径。每当要控制传统飞机时，飞行员都可以控制三个轴中的任意一个或所有轴的旋转速度：俯仰、滚转和偏航。在考虑飞行控制处理中的控制时，需要在飞机上测量航向和压力高度等路径变量。这些近似是线性的，也是充分的；这类系统可以被视为飞行路径控制系统类的成员，并在本文中进行了深入讨论。本文以时域方法为基础，介绍了现代控制理论方法，特别是状态方程的使用，这是一种自然有效的技术，与飞机动力学的数学描述相协调，最完整、最方便地用状态和输出方程来表达。本文还涉及 AFCS 的特定模式，涉及在不同飞行条件下为参考飞机 CHARLIE（一种非常大的四引擎喷气式客机）实施的飞行路径控制系统。SIMULINK 用于实现飞行路径控制系统，因为它们对于形成集成 AFCS 的最外层循环非常重要。关键词：飞机动力学、自动飞行控制系统 (AFCS)、飞行路径控制系统 (FPCS)
引文 (APA) 哈罗·皮萨罗索 (Haro Pizarroso)，G.，和范坎彭 (van Kampen)，E. (2023)。用于强化学习分析的可解释人工智能技术
强化学习越来越多地应用于飞行控制任务，目的是开发真正自主的飞行器，能够穿越高度变化的环境并适应未知情况或可能的故障。然而，这些日益复杂的模型和算法的开发进一步降低了我们对其内部工作原理的理解。这会影响算法的安全性和可靠性，因为很难甚至不可能确定它们的故障特征以及它们在从未测试过的情况下会如何反应。通过开发可解释的人工智能和可解释的强化学习方法（如 SHapley 加法解释），可以弥补这种理解的不足。此工具用于分析 Actor-Critic 增量双启发式编程控制器架构在非线性飞行条件下（例如在高攻角和大侧滑角下）执行俯仰速率或滚转速率跟踪任务时学习的策略。之前曾使用相同的分析工具对相同的控制器架构进行过探索，但仅限于标称线性飞行状态，并且观察到控制器学习了线性控制律，即使其人工神经网络应该能够近似任何函数。有趣的是，这篇研究论文发现，即使在非线性飞行状态下，这种控制器架构学习准线性控制律仍然是更理想的，尽管它似乎不断修改线性斜率，就好像它是增益调度技术的一个极端情况一样。
机翼动态运动的直接数值模拟...
中等雷诺数下的薄翼型动态失速通常与靠近前缘的小层流分离气泡的突然破裂有关。鉴于层流分离气泡对外部扰动的强烈敏感性，使用直接数值模拟研究了在不同水平的低振幅自由流扰动下 NACA0009 翼型截面上动态失速的发生。对于前缘湍流强度 Tu = 0 .02%，流动与文献中的干净流入模拟几乎没有区别。对于 Tu = 0 .05%，发现破裂过程不太平稳，并且在动态失速涡流形成之前观察到层流分离气泡中强烈的相干涡流脱落。非线性模拟与瞬态线性稳定性分析相辅相成，该分析使用最优时间相关 (OTD) 框架的空间局部公式对破裂分离泡中层流剪切层的时间相关演化进行分析，其中非线性轨迹瞬时切线空间中最不稳定的部分随时间的变化被跟踪。得到的模式揭示了两种状态之间的间歇性切换。分离剪切层上的开尔文-亥姆霍兹滚转快速增长，分离泡过渡部分的二次不稳定性复杂化。后者的出现与线性子空间内瞬时增长率的大幅飙升以及非线性基流的更快转变有关。这些强烈的增长峰值与随后从层流分离泡中脱落的能量涡流密切相关。
1/8 比例翼内风扇模型的风洞试验结果
在兰利 14 英尺乘 22 英尺亚音速风洞中测试了一个 1/8 比例的翼内风扇概念模型。这一概念是格鲁曼航空航天公司（现为诺斯罗普格鲁曼公司）考虑为美国陆军开发的设计（定为 755 型）。悬停测试在隧道附近的模型准备区进行。随着风扇推力的变化，距压力仪表地平面的高度、俯仰角和滚转角都会发生变化。在风洞中，随着风扇推力的变化，攻角和侧滑角、距风洞地板的高度和风速都会发生变化。在模型准备区和风洞中，针对几种配置测量了模型上的空气载荷和表面压力。主要的配置变化是改变安装在风扇出口以产生推进力的叶片角度。在悬停测试中，随着模型离地面高度的降低，推力消除法向力在风扇转速恒定的情况下发生了显著变化。最大的变化通常是高度与风扇出口直径之比小于 2.5。通过使用叶片将风扇出口气流偏向外侧，可以显著减少这种变化。在风洞中，对许多叶片角度配置进行了滚转、偏航和升力控制测试。还评估了襟翼偏转和尾翼入射角等其他配置特征。尽管 V 型尾翼增加了静态纵向 s
冷气推进系统的详细研究与分析
纳米卫星正引起工业界和政府的极大兴趣，用于执行一系列任务，包括全球船舶监测、全球水体监测、太空分布式射电望远镜和综合气象/精确定位任务。纳米卫星任务大幅增加，从 2003 年的 1 个开始，到 2020 年将超过 1,300 个。执行这些任务是为了获取宝贵的实验数据 [3]。冷气体推进系统因其简单性和可行性而在小型卫星中发挥着理想的作用。它们已被证明是最适合低地球轨道 (LEO) 机动的推进系统。到目前为止，该系统是小型航天器最成熟的技术之一。理想的特性包括设计简单、清洁、安全、坚固、低功耗运行、不给航天器产生净电荷以及宽动态范围。它能够以脉冲或连续方式运行。就硬件复杂性而言，它比脉冲等离子推力器、胶体推力器和场发射电推进推力器要简单得多。在这个系统中，推力是由惰性、无毒推进剂的排出产生的，推进剂可以以液态或气态储存。因此，它消耗的资金、质量和体积都很低。冷气系统主要由推进剂罐、电磁阀、推进器、管道和配件组成。油箱中装有卫星运行所需的姿态控制燃料。如前所述，燃料以液态或气态使用。推进器提供足够的力来维持卫星俯仰、偏航和滚转动力学的平衡[1,5,11]。除此之外，
Ministab 系统描述
德克萨斯州大草原市，以自动飞行控制系统 (AFCS) 的形式为 TH-57 提供基本的 IMC 飞行能力。MINISTAB 系统设计为三轴透明飞行控制系统。在俯仰和滚转轴上，它提供速率阻尼、姿态保持，并结合了力配平功能。偏航增强提供速率阻尼和相对航向保持。系统的俯仰和滚转增强基本上独立于偏航增强运行。此外，在巡航飞行方案中，系统还提供高度保持功能。MINISTAB 设计为透明的 AFCS，这意味着系统的控制输入对操作员来说是看不见的，操作员可以随时用驾驶舱飞行控制输入覆盖 AFCS。这些类型的 AFCS 输入，其中 AFCS 在后台进行飞行控制输入而操作员不知情，被称为“内环”。换句话说，操作员在飞行时不必主动考虑使用 AFCS 系统。由于飞行控制系统采用液压增压设计，力配平旨在为操作员提供人工感觉。AFCS 系统使用与飞行控制液压增压伺服器一起安装的串联执行器。因此，MINISTAB 输入到飞行控制系统中的方式是“内环”方式，即操作员无法在周期性、集体或偏航踏板中检测到 MINISTAB 输入。附件 (1) 中给出了 MINISTAB 操作的流程图。该系统由 3 台计算机（每个控制轴一台）、3 个配平阻尼单元 (TDU)、一台空气数据计算机、3 个执行器、执行器位置指示器、MINISTAB 控制器、接线盒、周期式握把配平开关和踏板配平微动开关组成。MINISTAB 控制器 安装在飞行员之间的中央控制台上的控制面板（图 2）旨在
美国航空 587 航班纽约贝尔港...
• 1997 年 5 月，美国航空公司运营的另一架 A300B4-605R 飞机（AA 903 航班）发生了一起非致命事故，涉及类似的方向舵踏板输入，因此导致非常高的尾翼负载。这是上面提到的四个事件之一。这起事故促使包括空客在内的三大机身制造商和美国联邦航空局的一名代表联合签署了一封前所未有的信，警告美国航空公司 (1) 在其训练“高级飞机机动计划”(AAMP) 中提倡使用方向舵进行滚转控制的危险和 (2) 使用无法提供真实反馈来训练这些失控恢复机动的模拟器所带来的“负面训练”的固有危险。这些明确的警告以及应使用的正确技术随后在多个出版物和演示文稿中公布和重复，例如空中客车在 AA 903 调查中提交的资料，以及空中客车和其他制造商于 1998 年出版的行业出版物《失速恢复训练辅助》。此外，NTSB 报告正确地确定了此事件的原因：“机组人员在平飞期间未能保持足够的空速，导致意外失速，随后他们未能使用正确的失速恢复技术”（着重强调）。NTSB 公开案卷文件 ID N° 266610 清楚地表明，美国航空公司完全了解这起事故的原因，并且在 AA587 事故发生之前就知道 AAMP 中开发的方向舵使用理论的危险性。AA 587 事故的根本原因完全相同——使用了 AAMP 中教授的不正确的恢复技术——这与行业培训援助提供的指导和普遍接受的飞行技术原则相矛盾。
舰队之拳 飞机
1911 年 1 月 18 日，尤金·伊莱 (Eugene Ely，1886-1911) 成功将一架飞行器降落在停泊在旧金山湾的美国海军宾夕法尼亚号战列舰上。临时飞行甲板由一个木制平台（30 英尺 x 120 英尺）组成，建在装甲巡洋舰的船尾。甲板向上倾斜 2°，系在拦阻索上的沙袋提供了必要的减速，使时速 40 英里的飞行器停下来。着陆后，伊莱先生说：“这很容易。我认为这个技巧十有八九可以成功。”幸运的是，一些早期的海军飞行员认为十有八九还不够好，通过他们的努力，随着时间的推移，航母着陆实际上变得更加容易和安全。伊莱先生驾驶的是柯蒂斯 D 型推进式双翼机（翼展 38 英尺 -3 英寸）。它与莱特飞行器类似，主要不同之处在于使用副翼而不是机翼翘曲来控制滚转。然而，埃利先生不会游泳。除了橄榄球头盔，他还穿着自行车内胎以便漂浮。他的飞行器有一个拦阻钩和漂浮罐。着陆后，甲板船员将飞行器调转方向，57 分钟后，埃利先生顺利起飞并飞回岸边。1910 年 11 月 14 日，埃利先生从汉普顿锚地的伯明翰号航空母舰上的一个较小的平台上起飞，但恶劣的天气影响了这次早期的飞行。他差点坠入水中，但挣扎着飞上天空，设法降落在附近的海滩上。这位首位航母飞行员在他的飞行器坠毁时丧生。
舰队之拳
1911 年 1 月 18 日，尤金·伊莱（1886-1911）成功将一架飞行器降落在停泊在旧金山湾的美国宾夕法尼亚号战列舰上。临时飞行甲板由一个木制平台（30 英尺 x 120 英尺）组成，建在装甲巡洋舰的船尾。甲板向上倾斜 2°，系在拦阻索上的沙袋为时速 40 英里的飞行器提供了必要的减速。着陆后，伊莱先生说：“这很容易。我认为这个技巧十有八九可以成功。”幸运的是，一些早期的海军飞行员认为十有八九还不够好，通过他们的努力，随着时间的推移，航母着陆实际上变得更加容易和安全。伊莱先生驾驶的是柯蒂斯 D 型推进式双翼机（翼展 38 英尺 -3 英寸）。与莱特飞行器类似，它的主要区别在于使用副翼而不是机翼扭曲来控制滚转。然而，伊莱先生不会游泳。除了戴着橄榄球头盔，他还穿着自行车内胎以便漂浮。他的飞行器有一个拦阻钩和漂浮罐。着陆后，甲板船员将飞行器掉头，57 分钟后，伊莱先生毫无困难地起飞并飞回岸边。1910 年 11 月 14 日，伊莱先生从汉普顿锚地的伯明翰号航空母舰上的一个较小平台起飞，但恶劣的天气影响了这次早期的飞行。他差点坠入水中，但奋力飞上天空，成功降落在附近的海滩上。1911 年 10 月 19 日，这位首位航母飞行员在参加佐治亚州梅肯的飞行表演时，他的飞行器坠毁身亡。他俯冲时拉起得太晚了。1933 年，国会追授尤金·伊莱杰出飞行十字勋章
EASA CS-25 通用验证项目列表 2017 年 1 月更新
在电传操纵飞机上，飞行控制是根据复杂的控制法则和逻辑实施的。通常在传统飞机上进行的操纵品质认证测试，以证明符合 CS 25 SUBPART B – FLIGHT，但这些测试不足以涵盖在服务中可能遇到的所有可预见情况下的飞行控制法则行为。为了标准化操纵品质测试，EASA 认为，需要在认证文件中明确提出和正式化符合 CS 25.143、25.1301 和 25.1309 中关于飞行控制法则特性的方法，以确保并记录对控制法则、逻辑和特性的充分覆盖和测试。因此，您可能需要请求解释性材料来提高合规性演示的正式化水平。关于失衡特性，数字飞行控制系统不允许飞机处于 CS 25.255(a) 所要求的失衡状态，因此无法证明直接合规性。但是，CS.25.255 的其他要求仍然适用。EASA 可能要求申请人详细说明如何遵守所有适用的 CS 25.255 要求，并提供 DFCS 设计和操作的详细说明，以支持预期的合规性证明。申请人还应详细说明在正常和超速区域进行任何飞行测试的提案。定义配备电子飞行控制系统的飞机的（俯仰、偏航、滚转）设计机动要求，其中控制面的运动与驾驶舱控制装置的运动没有直接关系。这可能基于 CS-25 Am 中采用的相关监管材料。13.存在与带有电子飞行控制/电传操纵系统的飞机相关的认证问题。该主题还涵盖飞行员控制（例如侧杆控制器、方向舵踏板）和操作测试合规性、电子飞行控制系统故障、控制信号完整性、控制面位置感知、控制权限限制、共模故障和错误考虑、飞行控制法则验证和模式通告。可能需要 CRI（包括特殊条件）。