29、基于总能量控制的飞机低能量状态恢复控制律设计

基于总能量控制的飞机低能量状态恢复控制律设计

现代民航客机在飞行过程中，低能量状态的恢复是一个关键且具有挑战性的问题。特别是在进近和着陆阶段，飞机的速度和高度耦合严重，传统的控制方式给飞行员带来了较大的操作负担，甚至可能危及飞行安全。为解决这一难题，研究人员提出了一种基于总能量控制的低能量状态恢复控制律。

低能量状态问题分析

现代电传操纵民航客机的飞行控制系统通常具备迎角包线保护功能，能有效防止飞机失速。然而，当飞行速度处于正常运行速度和失速速度之间时，飞机仍存在操纵困难、操纵面饱和以及因控制效率降低和势能低导致可控撞地等问题。而且，现代电传操纵民航客机的速度静稳定性一般设计为中性，当飞机速度降低时，飞行控制系统会自动控制升降舵抑制飞机的俯仰运动，使飞行员难以察觉速度异常。在进近和着陆阶段，若飞机以低于正常值的速度稳定进近且无提示，飞行员在触地前可能难以改平，从而导致飞机重着陆，直接危及飞行安全。

相关研究将低能量状态分为低动能状态和低势能状态，并分别提供了手动恢复策略。但在实际操作中，手动恢复存在诸多困难。例如，从低动能状态恢复时，速度是主要控制参数，但为抑制速度增加导致的轨迹向上偏差，飞行员必须分心控制高度。随着高度降低，下滑道的合理范围逐渐缩小，飞行员对高度控制的注意力必须逐渐增加，这可能影响对速度控制的注意力，导致恢复失败。从低势能状态恢复时，俯仰姿态是主要控制参数，但为抑制高度增加导致的速度降低，飞行员必须分心控制速度。同样，随着高度降低，飞行员必须及时改变目标俯仰角，操作困难，且速度控制不能放松，这可能影响对高度控制的注意力，导致恢复失败。

低能量状态恢复控制律设计

为降低低能量恢复的难度，设计了一种速度 - 高度解耦控制律