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舰载机牵引系统路径规划方法

张竞 吴宇 屈香菊

张竞, 吴宇, 屈香菊等 . 舰载机牵引系统路径规划方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(10): 2125-2133. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0787
引用本文: 张竞, 吴宇, 屈香菊等 . 舰载机牵引系统路径规划方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(10): 2125-2133. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0787
ZHANG Jing, WU Yu, QU Xiangjuet al. Path planning method for traction system on carrier aircraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(10): 2125-2133. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0787(in Chinese)
Citation: ZHANG Jing, WU Yu, QU Xiangjuet al. Path planning method for traction system on carrier aircraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(10): 2125-2133. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0787(in Chinese)

舰载机牵引系统路径规划方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0787
详细信息
    作者简介:

    张竞  男, 博士研究生。主要研究方向:多体动力学建模、飞行器航迹规划、飞行器控制

    吴宇  男, 博士, 讲师。主要研究方向:飞行器系统工程、优化算法

    屈香菊  女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:飞行力学与控制、飞行品质与安全

    通讯作者:

    屈香菊, E-mail:uq@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V37

Path planning method for traction system on carrier aircraft

More Information
  • 摘要:

    舰载机在任务繁忙和障碍密集的飞行甲板上运动,为了降低舰载机的能耗和增加发动机使用寿命,一般由牵引车牵引舰载机运动,舰载机和牵引车构成牵引系统。为了提高牵引系统出行任务的安全高效性,提出了一种甲板环境下的牵引系统路径规划方法。建立了路径规划的数学模型,该模型包括牵引系统运动学模型和机动能力约束,任务目标函数和任务约束模型,以及障碍物规避模型。结合上述模型,基于几何学理论和Dijkstra算法设计了最优路径的搜索方法。以尼米兹级航母飞行甲板为例,进行了牵引系统的路径规划和跟踪控制仿真,结果表明了模型的合理性和方法的有效性。

     

  • 图 1  航母飞行甲板示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of aircraft carrier flight deck

    图 2  牵引系统示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of a traction system

    图 3  牵引系统的几何模型

    Figure 3.  Geometric model of a traction system

    图 4  单舰载机的避障模型

    Figure 4.  Obstacle avoidance model of single carrier aircraft

    图 5  多舰载机的避障模型

    Figure 5.  Obstacle avoidance model of multiple carrier aircraft

    图 6  初始搜索域示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of initial search zone

    图 7  搜索域扩展示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of search zone expansion

    图 8  最终搜索域和备选路径

    Figure 8.  Final search zone and alternative path

    图 9  最优路径计算流程图

    Figure 9.  Calculation flowchart of optimal path

    图 10  航母飞行甲板布局

    Figure 10.  Layout of aircraft carrier flight deck

    图 11  路径规划结果

    Figure 11.  Results of path planning

    图 12  牵引系统位置

    Figure 12.  Position of traction system

    图 13  牵引系统方向角

    Figure 13.  Direction angle of traction system

    图 14  舰载机前起落架转向角

    Figure 14.  Steering angle of carrier aircraft nose gear

    图 15  控制指令(牵引车转向角)

    Figure 15.  Control command (steering angle of tractor)

    表  1  停放在飞行甲板上的舰载机位置及方向

    Table  1.   Positions and directions of carrier aircraft parked on flight deck

    位置/m 方向/(°)
    (82, 23) -90
    (120, 12) 60
    (134, 12) 60
    (148, 12) 60
    (162, 12) 60
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    表  2  牵引系统参数

    Table  2.   Parameters of traction system

    参数 数值
    |θ|max/(°) 60
    |α|max/(°) 60
    l1/m 3
    l2/m 8
    l3/m 4
    舰载机特征圆半径/m 8
    舰载机后起落架间距/m 6
    牵引车特征圆半径/m 2.5
    v1/(m·s-1) 3
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    表  3  仿真结果描述

    Table  3.   Description of simulation results

    阶段 牵引系统运动
    调整初始方向
    规避单体障碍
    规避多体障碍
    调整末端方向
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-22
  • 录用日期:  2018-03-23
  • 刊出日期:  2018-10-20

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