基于稳态机动的受损飞机实时轨迹优化

飞机故障会改变其动力学特性，削弱可控性。此类机动飞行包围变化由飞机复杂非线性动力学决定，对飞行员和现有飞行管理系统而言是不可预测的。为防止飞行失控，事故后轨迹必须最优、实时规划，同时避开地形，并遵守受损飞机受限的可控性和动力学约束。本文提出了一种基于差分平坦性理论、伪谱法、非线性规划和逆动力学的受损飞机实时轨迹优化方法。在该方法中，利用高保真六自由度非线性模型，为适应飞机的改变后动力学，依据所选优化准则，从受损飞机的机动飞行包围中选取一序列修正点，确保最终得到的三维轨迹遵循地形避让要求。然后，在不到一秒的时间内获得每个机动所需的控制输入。该方法应用于 NASA 通用运输模型（Generic Transport Model），在复杂山地地形附近发生机翼失速故障。分别在非实时和实时情景下生成最优单段轨迹和近最优分段路径（由多个最优轨迹组成），并进行比较。结果表明，近最优实时轨迹保留了最高达 80% 的最优性。