结冰对飞机飞行安全的影响机理与防护研究

飞机结冰导致机毁人亡的飞行事故频发,严重威胁了飞行安全.分析了飞机结冰产生的机理,明确了飞机结冰问题研究的重点,阐述了飞机结冰的条件、过程和种类.在此基础上,分析了影响飞机结冰的主要因素和参数,深入剖析了机体不同部位结冰对飞机气动性能、稳定性和操纵性能的危害机理,并总结了飞机防、除冰的相关技术,展望了防、除冰技术的发展趋势,讨论了飞机结冰保护的研究方向.     

飞机防除冰技术发展动态

飞机防除冰系统就是防止结冰给飞行带来危害的各种机载设备或部件的有机组合体,其作用是当飞机在结冰气象条件下飞行时,防止飞机表面结冰以及去除飞机表面已结的冰。飞机防冰系统由结冰探测、防除冰控制及防除冰组件等三部分组成。     

飞机防冰除冰技术的研究进展

结冰会影响飞机的气动性能，严重威胁飞行安全，防止或消除飞机关键部位的结冰尤为重要。首先总结了飞机结冰的主要原因以及冰的类型，对目前广泛采用的多种飞机防冰除冰技术的工作原理及优缺点进行了比较和分析，然后介绍了相关技术的国内外研究现状。在此基础上，重点阐述了两种新型防冰除冰技术——超疏水表面以及等离子体驱动器的防冰除冰机理以及探索性的研究成果。与传统的防冰除冰技术相比，两种新型防冰除冰技术更加绿色环保，能耗更低。     

飞机过冷大水滴结冰气象条件运行设计挑战

过冷大水滴（SLD）环境是一种普遍存在的危险气象,已造成多起空难事故。因其结冰特征异常、导致失事快而受到广泛重视。20余年来,国内外在过冷大水滴结冰机理、模拟方法、试验技术等方面开展了大量研究,但结冰保护和适航取证研究一直进步缓慢。国际最新SLD结冰适航条款的取证是目前中国大型民机面临的一大挑战。更重要的是在严厉的SLD结冰条款要求下飞机结冰条件的运行能力是否提高,这是一直以来缺乏探讨的问题。按基础研究到工程应用的逻辑,依次介绍了过冷大水滴结冰机理、模拟技术、结冰风险评估和防冰方法等方面的研究进展,并对飞机结冰保护设计及运营策略进行了探讨。综述认为飞机SLD结/防冰设计中多个环节技术仍不成熟,包括数值/试验模拟、结冰环境探测和高效防除冰技术,导致SLD结冰安全设计技术风险大、成本高。单纯提升防除冰能力的综合收益低,飞机应重点提升冰环境感知、结冰探测、防除冰精确性和容冰能力。为此需突破精准结冰保护、结冰准确感知和过冷大水滴试验模拟技术,而这有赖于过冷大水滴环境产生方法和溢流结冰机理等基础问题研究的进步。     

直升机结冰强度设计标准研究

介绍了影响直升机结冰特性的主要因素。针对国内直升机防/除冰系统设计标准中关于结冰强度划分没有明确界定的问题,通过引用适航规章要求并借鉴国外直升机结冰条件的设计标准,对直升机的结冰强度设计标准进行了分析和阐述,并提出了国内标准划分的建议以及在民用直升机防/除冰系统设计中的应用问题。     

直升机的防除冰系统

介绍了直升机结冰的基本情况和国内外防、除冰技术研究的现状,明确了电热防、除冰方法目前依然是解决直升机结冰问题最好也是最成熟的方法。对直升机电热防、除冰系统研发所涉及到的结冰理论计算、冰风洞结冰试验、加热元件设计与布置、加热控制率和系统综合评估几方面进行阐述,指出了防、除冰系统研发的大致过程及应注意的问题,为实际系统的研究开发提供有益的参考。     

飞机防冰与除冰技术综述

飞机结冰指的是飞机飞行时外表面上水份积聚冻结成冰的现象。飞机结冰不仅影响飞机的气动外形。而且影响飞行安全。在本文中。作者阐述了飞机表面的结冰现象及其影响因素；总结了现有的飞机防冰与除冰技术；最后还对几类飞机防冰试验进行了综述。     

飞机防冰与除冰的若干技术

阐述了飞机表面“水滴结冰”、“干结冰”、“升华结冰”等结冰现象、结冰形式及其影响因素；总结了现有的飞机液体、电热、气热防冰与气动带、电脉冲除冰技术；还对冰风洞、干空气飞行、模拟结冰飞行、结冰模拟以及自然结冰等飞机防冰试验进行了综述。     

基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。     

民用飞机结冰研究相关技术及进展

飞机结冰是影响飞行安全的重要因素之一,结冰研究对分析民机安全性、适航性等具有重要意义。简述了飞机结冰形成机理以及对飞行特性的影响,描述了按结冰部件、结冰物理过程和几何形状的结冰分类形式,介绍了结冰研究的三种主要方法,分析了与结冰相关的应用研究,包括防/除冰方法和适航验证技术,最后对飞机结冰研究进行了讨论和展望。     

我国大型飞机环境控制系统研制展望

根据我国大型飞机研制的任务需求,结合未来飞机环控系统的发展趋势,从气源系统设计技术、高效大流量制冷系统设计技术、数字式座舱压力调节系统设计技术、综合空气管理系统设计技术及防冰系统设计技术等5个方面探讨了适用于我国大型飞机环境控制系统的现实构型和未来发展。     

大型飞机结构试验项目的实施阶段风险管理研究

本文通过对中航工业多年从事大型飞机结构试验的专家进行问卷调查,将大型飞机结构试验项目的主要风险识别分为四类:经费、技术、进度和过程。在此基础上,考虑在大型飞机结构试验项目生命周期的不同发展阶段存在成本、时间、质量的相互约束关系,采用模糊层次分析法,得出了在该项目实施阶段各风险因素的综合风险损失及排序,并提出了风险管理措施建议。     

大型飞机的多轮式起落架总体布置研究

本文简要介绍了大型飞机起落架的布置形式、起落架的特殊设计要求和起落架纵向横向位置总体布置原则,并着重针对IL-76、An-70、C-17和A400M4种大型运输飞机因采用不同的主起落架和机轮布置形式,对飞机货舱地板高度,机身最大横截面积,飞机漂浮性等几方面所产生的不同影响进行了分析比较。     

大迎角侧向力控制的一种新方法探索研究

本文提出了运用充气气囊控制飞机头部大迎角分离涡的思路,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同形状充气气囊作用下的飞机大迎角流场。计算结果表明,通过飞机头部增设充气气囊,可以改变飞机大迎角分离涡的强度和空间涡轨迹,其意义在于一方面可以通过充气气囊获得希望的某个方向侧向力;另一方面通过充气气囊的变化,可以实现对侧向力大小的控制。这种充气气囊控制分离涡的技术思路具有成本低、不破环飞机外形和实现方便的优点,为飞行器大迎角侧向力的控制探索了一条新的途径。     

高平尾布局飞机深失速特性及失速改出伞数值计算与分析

ARJ21飞机是我国自行研制的具有典型T尾布局特点的先进支线飞机。失速和失速特性试飞是ARJ21飞机适航取证试飞最重要的试飞项目之一。高平尾(T尾)布局飞机可能存在深失速运动模态,给飞机的失速特性试飞带来安全风险。本文首先分析了高平尾(T尾)布局飞机的空气动力学特点,剖析了"深失速"现象的产生原因,并在此基础上以ARJ21飞机为算例,结合具体的风洞实验数据库,应用工程估算的方法对动导数进行了补充完善,其次建立了适合预测飞机失速和深失速运动方程的空气动力学模型,并对飞机的运动特性特别是深失速特性进行了仿真计算,计算结果与实际试飞结果取得了较好的一致性;最后选择深失速状态作为失速改出伞设计的临界状态,建立失速改出伞的数学模型,对失速改出伞改出深失速的动态过程进行了仿真计算,验证了失速改出伞改出深失速的设计参数,为失速改出伞的研制提供了参考依据。     

军用飞机结构日历寿命相关问题的思考

本文系统分析了军用飞机日历寿命早于飞行小时寿命先到的原因,指出了现役飞机结构延长日历寿命过程中应该加强结构综合损伤变量选取、服役结构疲劳品质变化规律、材料-环境-时间与损伤度数据库、老龄飞机腐蚀损伤演化规律、防腐体系有效性的加速腐蚀试验及失效分析方法、飞机结构腐蚀损伤检测技术、腐蚀对结构完整性的影响、对老龄飞机维护和检查时应考虑退化因素等关键问题的研究,并提出了相应的解决思路。     

虚拟现实技术在民用飞机内饰设计中的应用

随着计算机及网络技术的飞速发展,飞机设计的手段和方法也在发生着革命性的变化。从最初的徒手绘制和单机作业到当今的计算机辅助设计和协同设计,飞机设计师和工程师体验到了前所未有的设计速度。上世纪80年代,一种称之为"虚拟现实"的计算机系统技术逐渐发展壮大。在航空领域,国外的飞机设计、制造企业已经成功应用该项技术大大提高了设计水平并节约了研发成本。但在民用飞机内饰设计上,虚拟现实技术仍未得到充分的发挥,尤其是在国内,基本上为空白。民用飞机内饰设计流程一般分为概念设计、初步设计和细节设计三个阶段[1]。本文首先分别介绍了虚拟现实技术和民用飞机内饰设计;接着通过虚拟现实技术在飞机内饰设计三个阶段的具体应用探讨技术应用的可行性;最后,通过总结全文,本文为民用飞机内饰设计提出了一种可行、创新和高效的设计方法。这对于拓宽飞机内饰设计思路,提升设计水平都有着重要的现实意义。     

变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析

绝大多数变体飞机形式都不是"突然出现"的全新概念,而是来源于相关技术在过去近百年里的长期积累。因此,特定变体飞机形式及其技术既可广泛用于与其历史发展密切相关的有人驾驶飞机,也可用于总体特性类似的无人驾驶飞机。本文剖析了部分变体飞机形式的技术发展渊源,分析了变体飞机发展和无人机的关系,并指出了多种变体飞机在具体机型上的应用前景。     

飞机研发中的精益设计与敏捷管理

本文针对传统飞机设计和研发管理方面存在的问题,提出了精益设计与敏捷管理的观点。首先对精益设计与敏捷管理的内涵和关系进行概述;然后从飞机研制中的物理设计和试验,系统、软件设计和试验,多学科优化设计,产品数据管理,协同设计等方面提出了提高飞机精益设计的主要手段;从战略、组织、技术、管理、文化等方面阐述了提高敏捷管理的主要做法;最后以研究所为例,概要阐述了精益设计与敏捷管理的应用及实施效果。     

民用飞机低污染燃烧室的技术成熟度划分

本文针对民用飞机低污染燃烧室的特点,讨论了其技术成熟度(Technology Readiness Level Seale,TRL)划分和研发的技术路线。对低污染燃烧室的研发,技术成熟程度是基本的规划工作,可以作为一个客观的方法,来评定所研发的低污染燃烧室技术是适合于远期目标(TRL3),还是适合于中期目标(TRL6);也可以用于确定哪一个研发的技术方案可以尽快地应用于实际型号(TRL9)。此外,低污染燃烧室技术成熟程度的划分,实际上是系统地阐明低污染燃烧室技术研发的技术道路,说明要通过哪些试验来验证达到各种技术成熟的水平。