通用航空器飞行轨迹模型研究

目前我国低空空域的改革已经进入深化阶段,为评估低空空域的安全风险,有必要对通用飞机的轨迹进行研究。本文提出了非管制空域内通用航空器的自由飞行轨迹模型。模型根据通用飞机的目标航向和航向周期对通用飞机的水平轨迹进行计算,根据目标俯仰角和俯仰周期对通用飞机的垂直剖面进行计算,并通过几何方法详细计算了通用飞机的转弯轨迹。模型验证显示,该模型产生的通用飞机模拟轨迹,与实际轨迹具有很高的相似程度。模型可为低空空域的安全评估提供支持。     

基于飞行数据的性能监控分析

飞机在实际飞行过程中,随着发动机性能退化和机身退化,飞机性能随之衰减,从而导致航班运行的燃油消耗增加。为了确保飞机高效安全飞行和及时维护,有必要实时监控飞机性能。掌握飞机性能衰减最为有效的手段是飞机性能监控,即通过收集和记录飞机稳定巡航状态的飞行数据,与制造商提供的理论值进行比较,分析确定飞机性能衰减参数的过程。本文概述了现有的性能监测方法,并对新的利用飞行数据确定飞机物理特性探讨其可能性。     

终端区四维飞行航迹的计算

精确的航迹预测能力是空管自动化系统的基础。首先对四维航迹计算所需的数学模型、飞机性能模型和航路模型等进行了总结,然后以北京终端区为例,根据标准仪表进、离场程序并结合常规的飞行操作程序算出了飞机的水平飞行轨迹、高度剖面和速度剖面。     

基于监视数据的实时飞行流量计算算法的设计与实现

实时飞行流量计算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。本文构造了一种基于监视数据的实时飞行流量计算算法。算法将空域分为面空域、线空域和点空域三类,并针对3类空域结构设计了飞行流量计算方法,设计了避免重复计算处于特殊位置的航空器的计算流程。利用真实飞行轨迹进行验证,本文算法能实时计算出各类空域单元的交通流量,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,是一种合理有效的实时飞行流量计算方法,具有一定的参考价值和实用性。     

SR20飞机航路爬升性能飞行试验研究

航路爬升能力是表征飞机性能的重要指标。采用最佳爬升率进行航路爬升,将显著提高爬升效率,缩短爬升时间,快速到达目标高度,充分利用空域资源。飞机制造商应按照民用航空适航规章条款进行飞行试验及数据处理,经型号合格审查组批准后,将性能参数列入飞行手册中。本文通过规章标准相关咨询通告中推荐的方法,对SR20飞机的航路爬升开展飞行试验研究,完整地展示了试飞动作、数据处理、结果分析的全过程,为掌握该型飞机的性能、开展日常教学活动以及实施试飞培训提供参考和借鉴。     

基于指数计算积冰区强度域划分

对基于指数积冰区强度域划分的研究,首先在分析国内外飞机积冰指数方法的基础上,具体研究分析了积冰的现状和意义,通过积冰指数计算方法比较选取最佳计算方法,根据虹桥机场气象资料进行计算分析各空域中的积冰强度。作图分析,最后对积冰指数强度的研究进行总结,并提出建议措施,以便在实际飞行中将对此类状况更好的去指挥飞机确保飞行安全。     

利用旋翼机和固定翼飞机的空气动力学理论综合估算电动垂直起降飞行器的飞行性能（英文）

根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降（Electric vertical takeoff and landing, e VTOL）飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋翼和螺旋桨的气动性能采用传统动量理论分析和旋翼元素分析。本文利用此综合理论研究了12架e VTOL飞行器的飞行性能,包括多旋翼飞行器、矢量推进飞行器和升力巡航飞行器。计算了悬停、爬升和下降以及巡航水平飞行,不同飞行状态时驱动电机、旋翼和机身的飞行特性。据此,可以进一步确定电力推进系统的性能指标,以匹配螺旋桨或旋翼,从而满足飞行任务。     

应用扩展连续算法研究推力矢量飞机动力学特性

应用扩展的分支和连续算法对推力矢量控制飞机的飞行运动力学特性进行了研究。与标准的分支和连续算法不同，扩展后的分支和连续算法可用于计算飞机特定配平状态的连续曲线，所以不仅能获得飞行性能指标，同时可确定飞机的稳定性。本中扩展分支和连续算法被用于检验推力矢量控制律的有效性，确定了飞行包线边界，分析了配平飞行的稳定性的操纵性以及预测飞行偏离。结果表明，扩展连续方法可获得大量的飞行动力学信息，在推力矢量控制飞机的初步设计中具有广泛的应用前景。     

通用飞机一发失效飞行性能分析

随着国家对通用航空发展一系列政策的出台,我国通用航空势必迎来迅速发展的好时机。国家对低空空域的逐渐开放,通用航空飞行安全问题也逐渐突显。本文主要针对通用机场选址阶段飞行性能中的单发性能进行了分析,并以Y-12F飞机为例,对一发失效情况下的起飞距离、着陆距离、起飞爬升梯度以及航路上的单发实用升限等性能进行了分析。     

四维航迹同一进场航线碰撞风险模型

鉴于目前碰撞风险模型的建立方法大多局限于三维空间,给出一种建立四维航迹碰撞风险模型的方法.在三维坐标系的基础上加入时间变量,通过飞机在航迹上任意时刻的四维坐标,使得任意时刻两架飞机之间的距离是时间变量的函数,结合飞机到达的随机性,推导出在同一航迹上飞机进场飞行过程中任意时刻的碰撞概率,进而建立任意同一进场飞行航段的碰撞风险模型.结果显示,模型可以研究任意同一进场航段的碰撞情况,体现了飞机速度和高度变化对碰撞风险的影响;建立了碰撞风险性和飞机类型以及机型比例的关系,为终端空域碰撞风险性的研究提供了一定的方法和理论.     

基于GPS航迹的飞行误差分布规律研究

研究航迹误差分布规律,制定合适的飞行安全间隔标准是提高空域利用率的关键所在。本文针对CESSNA172机载GPS航迹数据对手动飞行条件下的航迹误差分布规律进行了研究。首先通过解析GPS航迹数据,利用Haversine公式对手动飞行条件下的航迹偏差进行统计分析;接下来采用quantile-quantile图检验法对航迹误差数据进行正态分布检验,根据Michael拟合优度检验方法给出正态分布的显著性水平;最后计算得到正态分布总体均值和标准差的置信区间。结果表明,训练飞机下降着陆阶段的实际位置点与跑道中心线的距离偏差符合正态分布规律,为训练飞行中空域规划及飞行安全间隔标准的制定提供了可靠理论依据。     

基于飞机性能影响的路径优化算法

针对在最少油耗、最快时间和最低成本等目标下的巡航阶段路径优化中，出现的边权重与前续路径的选择密切相关、估值函数计算开销过大等问题，首先构建了GRIB2格式网格气象数据插值、飞机性能参数快速计算流程，然后通过对A*算法估值函数系数和性能计算步长进行改进，提高每步优化时的计算效率；之后针对典型飞行任务，对不同优化目标下的结果进行对比，分析了成本指数、飞机起始质量和飞行高度层等因素的影响。将飞行性能计算融入边权重的A*算法相对于传统最短路算法会增加计算时间，但同样以飞行性能最优为目标的情况下，相较于Dijkstra算法它可以更迅速地找到优化路线。     

基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空域实施管理,4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型,构造了在不同飞行阶段之间转移,而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向修正航空器真空速及地速,利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明,本文提出的混杂系统模型推测得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化,单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2 s以内。     

基于机型的机场流量优化方法

研究了空中交通流量管理中机场终端区的流量最优分配问题。综合飞机机型、飞行间隔等因素,提出了一种基于飞机类型等因素的机场流量分配的模型。利用该模型可以实现对终端区某一时段现有容量的优化分配,减少航班延误;同时又能够确定满足此分配方案的飞机类型的起降次序。最后以单跑道机场为例,对模型进行了验证,证明该模型的实用性。     

民航芷江机场飞机人工增雨作业保障技术研究

通过研究分析民航芷江机场的基础保障、气象保障和空域保障能力,总结人工增雨作业飞行保障经验,结果表明:芷江机场存在机场净空差、通讯导航设备简单、机场跑道短、开放标准高等不足,对复杂气象条件的探测与分析能力有限,空域保障也存在不利因素,根据需求结合机场综合保障能力,适合使用空军"运-7"飞机作业,作业指挥需要注意当降水天气系统影响本场时出现低能见度概率大,起降飞行发生撞山撞高压线的安全风险高,易导致着陆时剧烈颠簸;应在保证本场达到目视飞行最低开放标准条件下,根据气象、空域条件科学设计人工增雨作业区域和飞行航线。     

基于滚动时域优化的变后掠角飞机修正控制律设计

为了确保飞机在变后掠角过程中的飞行稳定性,提出了一种基于滚动时域优化(Receding horizon optimal,RHO)的修正控制方法。首先,采用反步方法进行标称控制律设计,提供基本的飞行稳定性和跟踪性能。其次,将指令滤波器表示成状态空间的形式,基于指令滤波器、飞机和积分跟踪误差的状态方程得到一个增广状态方程。然后,采用RHO方法进行修正控制律设计,在有限滚动时域内计算得到修正控制量,对标称控制器输出进行在线补偿,确保快速变后掠角过程中的飞行稳定性。最后,通过变后掠角飞机航迹倾斜角控制系统仿真对算法的有效性进行了验证。     

从飞行机组角度看湿和污染跑道运行

根据CAAC于2009年下发的关于湿和污染跑道运行的咨询通告,明确了湿和污染跑道的相关定义,分析湿和污染跑道对飞机起飞、着陆性能的影响,并从航空公司飞行机组的角度,阐述运行所需的计算评估方法,总结藉以应对不利因素的飞行技巧。     

基于调速法的交叉航路空域复杂度研究

目前基于航空器架次的空域容量评估方法很难映射出交通态势、扇区结构及管制员负荷之间复杂关系,采用复杂度评估空域系统运行能力是当前空中交通管理领域的研究热点。本文基于空域复杂度评估方法中的扰动分析思想,根据扇区实际运行中交叉航路、航班流随机到达等实际情况,建立扇区-航班流模型,采用调速法进行飞行冲突探测与解脱,进而定义交叉航路扇区空域复杂度计算方法,设计了瞬时和平均空域复杂度可视化表示方法,对预测和降低空域复杂度提供支持。仿真结果表明,该方法与基于航空器架次的评估模型相比更能反映出扇区交通态势微观特征,向空中交通管理提供了决策支持工具。     

ADS-B的运用与安全性分析

随着全球空中交通不断发展,飞行量不断快速增长,民航客机、通航飞机、无人飞机在未来有望实现在同一空域共存。未来在如何成功处理这一增长并不断改善数亿乘客的飞行安全方面,下一代空中交通管理系统起着至关重要的作用。自动相关监视广播系统(ADS-B)是这一系统的核心部分。与传统的雷达系统不同,这一技术使得飞机能够自动广播它的位置和目的地,提供飞机之间更强的感知能力。本文讨论了基于ADS-B当前状态引申出的相关重要问题。分析了频率为1090 MHz的通信信道,用于了解日益增加的空中交通流量情况下它的当前状态。此外,本文着重分析了ADS-B所面临的重大安全挑战。     

连续下降运行中的飞行冲突预测与解脱算法

针对连续下降运行（Continuous descent operation,CDO）中的航空器冲突预测与解脱策略问题,构建了四维航迹（Four-dimensional trajectory,4DT）预测模型,实现飞行冲突的准确预测;以燃油消耗量、冲突时长为优化目标,以航空器在连续下降运行时的飞机速度、下降轨迹角（Descent path angle,DPA）为优化变量,基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现飞行冲突解脱。最后以某终端区内多机CDO飞行为例进行冲突预测和解脱,分析了优化目标权重系数对空域内平均耗油量和优化变量影响。结果表明,给出的解脱算法可以实现终端空域内的多机无冲突连续下降运行。与优化前相比,20架飞机的平均耗油节约了11 kg/架,空域内飞机之间的飞行冲突累积时间从984 s减少到0,即消除了飞行冲突。研究结果有助于实现空域内多机无冲突连续下降运行,提高CDO在繁忙机场的实施率和运行效果。