[發明專利]用于手動飛機控制的姿態精細跟蹤系統

有效

• 申請號: 201811001333.0
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109426271B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 凱文·格雷姆·文森特
• 申請（專利權）人: 埃姆普里薩有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張煥生;戚傳江

用于手動飛機控制的姿態精細跟蹤系統。為了在飛行中探管錐套補給燃料期間改善飛機的高增益跟蹤特性以及改善需要快速配平捕獲的其它任務，操縱器上的姿態保持按鈕控制當前飛機姿態的捕獲并且使用此姿態來更新參考姿態數據。飛行員可以選擇使用例如標準的配平帽按鈕等額外的控件來調整姿態參考。

技術領域

本技術涉及飛機飛行控制系統，并且具體地涉及為手動控制的大?型飛機系統提供增強的精細跟蹤能力。

背景技術

飛行中補給燃料是許多軍用飛機的重要能力，使其可以執行本來?不可行的任務。如今的空軍通常使用兩種飛行中補給燃料系統：伸縮?套管式系統和探管錐套系統。

伸縮套管是加油機上的操作員伸出并插入被加油飛機上容器中的?剛性伸縮管。軟管錐套補給燃料方法采用了未纏繞的且來自空中加油?飛機的柔性軟管。在燃料軟管末端的錐套(通常稱為補給燃料“籃子”?的小型風向袋)穩定了飛行中的軟管末端——見圖1-1。籃子為被加油?飛機提供漏斗，將探管插入錐套以與軟管密封(見圖1-2)。一旦在被?加油飛機的探管與加油機的錐套之間建立了密封連接(見圖1-3)，加?油機就可以開始通過軟管將燃油泵送到被加油飛機上。當轉移了足夠?的燃料時，被加油飛機將其探管從加油機的錐套上斷開，并從加油機?上移開以繼續其任務。

兩種系統都有優點和缺點。伸縮套管式系統相對于探管錐套系統?的一個優點是連接的最后階段由專用的套管控制器執行，所述控制器?能夠將剛性套管“飛”到被加油機的容器中。被加油飛機的飛行員只需?要在補給燃料期間保持加油機之后的緊密編隊。相比之下，探管錐套?系統要求被加油飛機的飛行員以極高的精度飛行，使得與尾隨的錐套?連接。使用敏捷戰斗機型被加油飛機比使用大型運輸型被加油機更容?易執行這種操作。這是為什么大多數需要在飛行中補給燃料的大型軍?用飛機都配備了與伸縮套管一起操作的系統的原因之一。然而，探管?錐套系統是一種更簡單且成本更低的系統，其能夠在需要時重新配置?機身，這對于現代多角色軍用飛機來說是常見的。

當執行空對空補給燃料任務時，可以假設加油機將以恒定速度跟?蹤恒定的預定軌跡。當使用傳統的探管錐套系統補給燃料時，被加油?飛機的飛行員負責接近和跟蹤尾隨加油機錐套。這種精確的高增益跟?蹤任務需要對仰角和方位角進行極其精確的控制。為了成功跟蹤籃?子，飛行員必須將被加油飛機控制在與加油機完全相同的航向上，緊?接在籃子之后。理想情況下，他應該在大約20cm的誤差范圍內與籃?子接觸。一旦完成接觸，他必須保持在距離初始接觸點徑向±2m范圍?內，并且沿著軌道相對于加油機保持5米。為了達到這種精確度，飛?行員必須跟蹤相對于加油機的傾斜角度，并始終如一地準確地使飛機?以一種俯仰姿態飛行，以匹配加油機的高度。與所需的傾斜角度的微?小不匹配將導致橫向漂移被視為航向速率誤差，并且俯仰姿態的小誤?差將導致垂直高度速率誤差。

在精細跟蹤階段，每當飛行員執行“側向”機動(maneuver)以進?行橫向校正時，飛行員需要返回到機動開始時存在的參考傾斜角度和?俯仰姿態(根據定義，執行側向機動以始終在與機動開始時相同的航?向上完成)。圖1a示出了在跟蹤時執行側向機動所涉及的過程，并且?圖1b和1c分別示出了使用速率命令姿態保持(RCAH)系統或姿態控?制姿態保持(ACAH)系統執行機動所需的示例性飛行員輸入。

圖1a示出了在精細跟蹤任務期間經常需要的典型示例側向機動。?請注意，在第1、3和5位置，飛行員控制飛機具有機翼水平姿態。飛?行員試圖使機動盡可能接近對稱，因為這有助于在第2階段(左側傾?斜)和第4階段(右側傾斜)期間判斷時間和幅度。

圖1b示出了當系統配置有速率命令姿態保持(“RCAH”)類型控?制器時，執行圖1a側向機動所需的飛行員輸入(簡化形式)。頂線顯?示了使用這種類型的控制器進行機動所需的操縱器橫向位移。桿開始?沒有左右位移。飛行員將桿向左移動，然后返回到中心，然后向右，?然后返回到中心，然后再次向右，然后返回到中心，然后向左，最后?返回到中心。由于操縱器在這種情況下表現為轉彎加速度控制器，因?此很難判斷以任何精確度執行側向機動所需的每個操縱器運動的時間?和大小。