损伤与特殊事件分析在民用飞机中的应用研究

在民机维修领域,特殊事件任务的制定一直是民用飞机维修手册开发的重点。基于型号经验和S3000L损伤与特殊事件分析的方法,通过详细分析以及技术裁剪与补充,本文首次提出“影响级别”等一系列的概念和技术指标,完整建立了国产民用飞机研制体系中特殊事件分析的理论与方法。分析案例表明：该理论和分析方法合理、可靠,为国内民机主制造商开展民用飞机维修手册05章的编制工作提供了参考。     

Evaluation on novel architecture for harmonizing manual and automatic flight controls under atmospheric turbulence

Pilot uncertainty in aircraft response under automatic flight control has triggered aircraft accidents/incidents in the past. This uncertainty compels a pilot to disengage autopilot and switch to manual control. However, the decision to disengage autopilot and when to do it can be difficult: especially if there is not enough time to monitor the cockpit displays, for instance while countering atmospheric turbulence. Against this background, we proposed the “human as a control module” architecture for harmonizing pilot and autopilot controls. The architecture blends pilot maneuver with autopilot control instead of switching between them when simultaneous inputs are given to the aircraft. By automatically adjusting pilot and autopilot control inputs, the architecture avoids overlaps of both control authorities and helps to circumvent the effect of conflicting actions. This paper applies the architecture to the situations of past aircraft incidents which had been caused by the transfer from autopilot control to pilot maneuver after encountering atmospheric turbulence. The effectiveness of the architecture is evaluated via simulation study for the specific incident examples. Furthermore, this paper extends the architecture with an Extended Kalman Filter (EKF) based observer and evaluates its robustness under errors in wind estimation.     

舵面破损对飞机轴间运动耦合飞行品质的影响

为研究舵面破损对电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的影响,选取了能够反映飞机多轴运动耦合特性的飞行品质评定任务,建立了舵面破损飞机的飞行动力学模型,选取了适用于表征飞机轴间运动耦合程度的特征参数,形成了基于任务的角速率指令式电传控制飞机轴间运动耦合飞行品质的评定方法。采用该方法对具有不同舵面破损程度的算例飞机开展了飞行品质评估试验,得到了能够量化舵面破损对角速率指令式电传控制飞机飞行品质影响的特征参数取值规律。研究结果对于舵面破损情形下飞机飞行安全与作战效能评估等均有一定的理论参考价值。     

准静弹性飞机升力分布及气动导数计算

本文介绍一种准静弹性飞机气动特性的数值计算方法。可以用它来计算亚音速时弹性飞机的升力分布及11个主要的纵向气动导数。 文中附有算例,并对准静弹性飞机动态特性方面的一些问题进行了分析和讨论。 本文所得的导数可直接用于弹性飞机操纵性与稳定性的分析。     

飞机自动制孔离线编程数据准确提取技术

针对目前飞机组部件自动制孔离线编程人工参与程度高、效率低,质量问题无法预防的现状,提出了基于数据库及标签定义的准确离线编程技术。根据飞机自动制孔的工艺特点,制定了离线编程流程。根据离线编程数据需求,建立了编程数据库。结合数据库以及MBD模型,制定了自动制孔标准件、叠层、厚度、工艺参数等信息提取规则,利用DELMIA中标签具备属性特征、方向特征、点位特征的特点,实现了基于标签的工艺信息表达及设备姿态控制。最后对标签在产品坐标系和设备坐标系的转换进行了分析,实现了加工程序坐标值的正确输出。     

应用时间裕度法评估人-机系统飞行安全

采用临界参数确定飞行风险,提出了安全飞行时间裕度概念,根据安全飞行时间裕度和飞行员操纵干预滞后时间评估飞行安全。研究了不利因素影响下的飞行员操纵干预滞后特性。给出了临界参数分别为过载和高度时,飞行安全时间裕度的计算方法。实现了对人-机系统飞行安全的定量评估,并给出了风险概率。     

民用飞机维修手册验证方法研究

国产民用飞机维修程序存在验证方法不完善的问题,有必要对其验证方法进行研究。根据飞机维修手册技术中的程序类型和程序内容,介绍三种验证方法;在 S1000D 标准提出的书面验证和操作验证方法基础上,结合国产民用飞机的验证实践与总结,提出维修使用验证子方法和维修专项验证子方法,阐述两类子方法的适用范围;提出评估/模拟验证方法及其四类子方法,并进行实例验证。结果表明：本文提出的民用飞机维修手册验证方法有效,对飞机维修手册验证的开展具有参考意义。     

选择发动机最佳循环参数的一体化方法研究

 航空发动机是飞机的动力装置,它的性能、重量、尺寸都对飞机性能有显著影响。本文从系统工程的观点出发,综合考虑飞机、发动机性能的相互影响和匹配,提出了以最好地满足飞机飞行任务为目标,选择发动机最佳循环参数和调节计划的一体化方法。 本文的应用实例是歼击机动力改型时优选加力发动机的最佳设计方案。计算结果表明:飞机飞行任务不同、改型要求不同、约束条件不同,发动机最佳方案的类型、循环参数和调节计划也完全不同。因此,一体化选择方法具有重要实际意义。     

2.4m跨声速风洞大型飞机试验不确定度评估

2.4m跨声速风洞作为中国目前唯一的大型跨声速气动力试验设备,在中国大型飞机研制中发挥着十分重要的作用。因此,对该风洞试验数据质量的评估、控制和改进提高是一项紧迫的工作。笔者通过完善不确定度计算方法、详细标定基本不确定度源和编制评估软件等工作,建立了该风洞大型飞机试验的不确定度评估方法,并对某大型飞机模型试验结果开展了具体的评估与分析,澄清了该风洞大型飞机试验数据的质量水平。     

面向飞机表面喷涂的多层次控制程序结构

 为实现飞机外表面的机器人自动化喷涂,根据飞机外表面的几何特征,提出了飞机表面喷涂轨迹的规划方案和自动化喷涂作业的定位方法。根据该方法制订了多层次的喷涂控制程序结构,包括主逻辑层、控制程序层、辅助功能层3个层次。主逻辑层负责整个程序体系运行的调度,即调用控制程序层和辅助功能层中的功能模块;控制程序层包含飞机表面的分区及相应的喷涂控制程序模块;辅助功能层包括喷涂工艺参数、运动参数、系统默认参数等内容。为快速生成多层次喷涂程序体系,提出了面向飞机外表面喷涂的离线编程技术方案。以飞机模型表面喷涂为例,验证了方法的有效性和可维护性。     

突风气象条件下电动飞机电推进系统 PI控制参数的设定方法

电动飞机电推进系统采用高效永磁同步电机作为主驱动,配备矢量控制器。飞机在巡航过程中不可避免地会遭遇突风,影响飞机的稳定飞行。通过建立电动飞机在巡航阶段遭遇突风时的空气动力学模型和电推进系统的动态响应数学模型,并对模型进行求解,给出了突风气象条件下电推进系统速度PI控制参数的设定方法。以某双座电动飞机的电推进系统为研究对象,采用MATLAB仿真和样机地面试验对速度PI控制进行了仿真分析和试验测试,对比了未考虑和考虑突风气象条件下的速度PI控制器的动态特性。仿真和样机试验结果表明:当飞机遭遇突风时,采用考虑突风气象条件的速度PI控制参数可以有效地降低螺旋桨的转速波动范围。     

基于非线性动态逆的舰载机直接升力航迹控制

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接升力解耦控制角度出发,设计了两层NDI回路;然后,采用合理的控制分配方法实现直接升力的舵面分配。仿真结果表明,所提出的精确着舰控制方法能够有效实现"魔毯"式航迹操纵。     

基于概率断裂力学的耐久性分析及软件开发

以概率断裂力学和可靠性理论为基础,依照美国空军耐久性设计手册所建立的三参数Weibull模型,对飞机结构耐久性试验数据进行分析和处理,并编制了相应的计算软件。软件能够给出裂纹扩展寿命的统计特性,在给定可靠度要求下结构经济寿命的预测、损伤度评估,以及可靠度随时间的变化。最后结合某型号飞机进行了具体分析,分析结果表明,该软件分析结果合理、可靠,具有良好的应用价值和应用前景。     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。     

飞机刹车系统方案设计及仿真分析

构建飞机刹车系统方案设计环境,以提高飞机刹车系统方案设计阶段的设计效率和质量。研究刹车装置参数和防滑控制系统参数的快速确定方法,通过迭代的设计思想使结果符合设计要求;估算刹车装置性能和刹车系统的动态特性。在MATLAB／Simulink中建立刹车系统模型,通过MATLAB引擎调用的方式进行刹车系统的动力学分析;以某无人机刹车系统为设计实例进行其刹车系统的方案设计,动力学仿真中刹车系统工作良好,与实际工作状况基本吻合。结果表明：本文提供的飞机刹车方案设计方法快速有效。     

Three-axis coupled flight control law design for flying wing aircraft using eigenstructure assignment method

Due to elimination of horizontal and vertical tails, flying wing aircraft has poor longitudinal and directional dynamic characteristics. In addition, flying wing aircraft uses drag rudders for yaw control, which tends to generate strong three-axis control coupling. To overcome these problems, a flight control law design method that couples the longitudinal axis with the lateral-directional axes is proposed. First, the three-axis coupled control augmentation structure is specified. In the structure, a “soft/hard” cross-connection method is developed for three-axis dynamic decoupling and longitudinal control response decoupling from the drag rudders; maneuvering turn angular rate estimation and subtraction are used in the yaw axis to improve the directional damping. Besides, feedforward control is adopted to improve the maneuverability and control decoupling performance. Then, detailed design methods for feedback and feedforward control parameters are established using eigenstructure assignment and model following technique. Finally, the proposed design method is evaluated and compared with conventional method by numeric simulations. The influences of control derivatives variation of drag rudders on the method are also analyzed. It is demonstrated that the method can effectively improve the dynamic characteristics of flying wing aircraft, especially the directional damping characteristics, and decouple the longitudinal responses from the drag rudders.     

飞机操纵面数字化互换性设计

随着数字化装配技术的逐渐成熟和推广应用,适应数字量传递的互换性设计对于提升飞机操纵面设计效率、稳定装配质量和降低维护成本具有显著的现实意义。以飞机操纵面的互换性设计为研究对象,针对互换性的要求分析设计要点,建立与数字化装配相协调的互换性设计流程;从操纵面的构型特征角度分析互换性设计的结构元素;提出实现操纵面互换性的技术途径,给出相应的参考指标;以某型飞机的副翼为例,对其进行互换性分析和设计,并通过实际装配进行检验。结果表明：操纵面互换性设计流程合理可行,能够满足互换性要求。     

襟翼高升力系统和结构部件飞机维修手册程序验证研究

目前,我国民用飞机维修手册验证工作尚无相关标准和规范,亟需开展相关研究工作,争取早日建立完备的手册验证体系。在国产某型客机试飞阶段,结合试飞改装工作进行大批量维修手册操作验证工作,提出手册验证操作的技术要求、操作流程和实施要点;以襟翼高升力系统和结构部件的飞机维修手册验证程序为例,从实际操作可行性和省时性角度出发,开展手册验证计划编排和验证实施方法设计,总结维修操作难度较大的襟翼拆装程序编写实施要点、注意事项、常见维修性问题及改进方法,为后续验证工作提出建议。     

工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法

航空发动机新机研制过程中设计更改频繁,导致机加夹具修改工作量大。为提高机加夹具设计对航空发动机零件设计变更的响应速度,基于产品主模型思想,提出了一种工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法。通过分析航空发动机零件机加夹具的设计特点,明确航空发动机零件机加夹具结构与机加工序模型装夹特征之间的关联关系,在此基础上构建航空发动机零件机加夹具变型设计主模型;通过设计同构零件装夹特征映射算法,将工序模型与夹具变型设计主模型中的装夹特征自动关联,实现工序模型与夹具变型设计主模型之间的设计参数联动;针对夹具结构中各类元件的资源特性,给出了不同类型夹具元件的变型策略,以提高夹具变型设计中各类元件资源的重用水平。最后,以铣削机匣外型面的夹具为例,验证了本文所提方法的可行性。     

飞行员数学模型与新机飞行品质预测

简述了建立飞行员数学模型的重要意义和方法，给出了飞行员的常用数学模型形式及有关参数参考数据，并着重讨论了飞行员数学模型在新机飞行操纵品质评估预测中的应用 。