[发明专利]飞行事故模拟环境下飞行员无缝介入方法与系统

说明书

本发明公开了飞行事故模拟环境下飞行员无缝介入方法与系统，属于飞行模拟的技术领域。该方法，首先建立电动操纵负荷系统的数学模型，接着采用干扰观测器检测外部介入力，在检测到外部介入力后，将系统从FDR数据驱动模式切换至飞行动力学模型仿真数据驱动模式，采用改进的牛顿拉夫逊算法对飞行动力学模型进行实时配平。系统包括电动操纵负荷系统、FDO介入力观测器、IDC控制器、力反馈控制器。采用本发明公开的方法和系统，可以为飞行事故分析过程提供更真实有效的模拟环境，为事故调查分析部门快速定位事故原因、恢复事故现场提供帮助。

技术领域

本发明公开了飞行事故模拟环境下飞行员无缝介入方法与系统，属于飞行模拟的技术领域。

背景技术

以往的飞行事故分析往往是基于数据的分析，对事故飞机的FDR和CVR数据进行人工分析得到其中一些特殊事件，找出事故原因的蛛丝马迹。随着飞机系统的日益复杂，事故原因五花八门，很多飞行事故原因直到多年后才揭开谜底，甚至多家飞机以相同原因失事，才最终找到事故原因。如著名的联合航空585，全美427，东风航空517的波音737飞机方向舵失灵事故，事故原因是由于方向舵遇到强大温差后卡住令驾驶舱内控制转向的脚踏失灵，直到摔了三架飞机才找到罪魁祸首。在借助高仿真度的飞行模拟设备进行事故调查后，可以进一步研究更先进的飞行事故非正常事件的分析方法，这方面美国和欧洲都进行了相应的探索，美国NASA的Vertical Motion Simulator经过改装后就针对几起波音的飞行事故进行了事故原因的调查。但在驾驶模拟环境中如何进行高效准确的事故分析，至今还未见有系统的研究成果，事故原因分析和调查还停留在原始数据分析和经验总结层面。

目前，飞行事故调查一般采取事故飞行数据回放的手段，但飞行事故记录的飞行操作和驾驶员操作输入之间的关系内含飞行动力学，有时不能单纯从飞行数据直接推断飞行事故原因，需要进行反复的飞行员介入推演才能确定当时的事故现场。

在对已发生的飞行事故进行事故调查的过程中，可以根据飞行数据记录器（FDR）驾驶和驾驶舱话音记录器（CVR）记录的数据，通过模拟驾驶环境实现事故发生时的驾驶舱环境再现，包括仪表显示、舱音播放、主操纵部件运动等。但是由于断电、剧烈震动、飞行姿态异常等原因，关键的最后几秒或更长时间的数据没有被记录下来或记录错误，需要利用飞行事故仿真模型进行模拟，根据前面的数据推演后面可能发生的情景。因此往往需要飞行员直接介入操纵，这时相当于切断了自主运行再现的过程，变为人工操纵的方式，但所有的飞行状态仍然延续。如果采用状态冻结再继续的方式，这会造成仿真中断，降低临场感，打断事故分析者的思路，需要设计无缝的方式让机组介入操纵,实现事故环境再现和自主操纵模拟的光滑过渡。如何针对一个典型的飞行事故，对常见的事故原因都进行快速的再现模拟分析，机组进行介入推演进行原因排除，是一个需要进行系统而细致研究的领域。所以研究飞行事故模拟环境下有效的飞行员无缝介入方法与系统是十分有意义。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了飞行事故模拟环境下飞行员无缝介入方法与系统，为飞行事故分析过程提供更真实有效的模拟环境，实现了事故环境再现和自主操纵模拟的光滑过渡，解决了如何提高飞行事故模拟的临场感的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

飞行事故模拟环境下飞行员无缝介入方法：

（1）通过建立较准确的力反馈操纵负荷系统的数学模型，来预测系统中标称的操纵系统力和力矩，这是由操纵回放系统中的驱动环节如电机和滚珠丝杠等产生的。而当机组介入时，实际上操纵系统所承受的力和力矩就与标称值不同，会有明显的差异。在力反馈操纵负荷系统的建模过程中，不同于以往的建模方式，采用面向控制的建模方法，对操纵负荷系统使用的交流伺服电机、驱动器、机械部件及其它传动部件都进行了仔细分析，建立完整的参数化物理模型，并通过实验手段辨识出系统中主要参数；