大气扰动建模及在民机工程应用中的研究

大气扰动是影响飞机飞行安全的重要因素。对民用飞机研制试验所需的及相关适航文件中规定的大气扰动进行了建模分析,包括环球风、风切变、大气紊流等。介绍了大气扰动模型在实时仿真系统中的实现及仿真,该研究是民用飞机飞行品质评估、FHA试验及大气扰动相关的适航验证试验的重要支撑。     

风切变影响下飞机纵向模态分析

飞机在大气中飞行时,会受到复杂的大气紊流的影响,其中以风切变最为普遍。文章分别对有风切变影响和无风切变影响下飞行的飞机建立纵向运动方程,并根据小扰动线性理论,针对低空定常平飞,分析了各自的纵向运动模态特性,为飞机飞行控制研究提供一定的理论依据。     

飞机地形跟踪／回避突防飞行解耦控制的人机半物理仿真研究

本文利用人机半物理仿真法,研究了大气紊流对飞机突防飞行的解耦控制特性、驾驶员的操纵性及乘坐品质的影响,检验了非线性解耦控制系统对驾驶员实时操纵指令的跟踪特性。结果表明：解耦控制律能够在大气紊流扰动下解除飞机纵横向运动的非线性交叉耦合,＿有良好的解耦操纵性能和乘坐品质,减轻了驾驶员的操纵负担,从而提高了低空突防飞行的安全性,也验证了理论研究的结果。     

飞机在变化风场中三维运动的数值仿真

本文在引入和定义了必要的坐标系和Euler角以后,推导了计及任意变化风场的飞机一般运动方程.所得的两组运动方程均适宜于在大气紊流和风切变中飞机三维飞行运动的数值仿真。还讨论了风梯度的气动力效应。     

六自由度飞行实时仿真和功率谱法比较

大气紊流是飞机巡航状态中影响飞机运动的主要大气扰动现象,以奖状飞机和波音747为例,研究飞机受大气紊流影响所产生的飞行姿态变化。使用了两种方法进行飞行仿真,一种是基于六自由度飞行力学方程的实时仿真法,另一种是基于线性化小扰动方程组的响应频谱法。通过与试飞数据进行比较,分析两种方法的优缺点。研究表明,六自由度飞行实时仿真可以更好地模拟大型飞机大气扰动下的飞行状态,较准确地表征各项参数变化特性。     

农林飞机超低空飞行大气紊流影响研究

在建立农林飞机超低空飞行时的大气紊流模型基础上,结合频域和时域两种计算方法研究了各种不同紊流强度下的大气紊流对农林飞机超低空飞行的影响,同时采用加速度综合评分的方法对其影响进行定量评估,最后给出了大气紊流对农林飞机超低空飞行影响的规律,对工程应用有一定的参考价值。     

民机大气扰动适航符合性评估方法研究

大气扰动是影响航空安全的重要因素,在适航条例中多有涉及,对民用飞机进行大气扰动适航符合性评估是民机适航取证的重要一环。基于我国《运输类飞机适航标准》,筛选归纳大气扰动适航条例,深入分析、细化其中与飞机操稳特性相关的大气扰动适航条款要求,依据美国军用飞行品质规范MIL-STD-1797A提炼并量化条款指标,使用操纵品质等级评定方法(HQRM),以严重程度与发生概率相关联的形式考虑大气扰动影响,通过算例验证量化指标与HQRM方法在进行相关适航条款符合性评估中的适用性和有效性,提出一种将大气扰动定义为使飞行品质降级的因素,结合量化指标对飞机相应飞行品质要求做出规定的评估形式,为飞机研制阶段的大气扰动适航符合性分析验证和相关条款的适航审定工作提供参考。     

垂直向大气紊流对飞行品质影响的地面飞行模拟试验研究

本文主要研究垂直向大气紊流对飞行品质影响的地面飞行模拟试验方法及试验参数的计算方法。试验选取了两个飞行状态并和美国 T—33变稳飞机的有关数据进行了比较。     

用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。     

用于直升机在大气紊流中的旋翼状态反馈控制

发展了一种集成旋翼状态反馈(Rotor-State Feedback,RSF)控制的飞行控制系统,以提升直升机在大气紊流环境中低速飞行时的飞行品质。基于经典显模型跟踪控制系统,对机体和旋翼状态反馈增益进行协同设计,以综合优化旋翼/机体耦合动稳定性和直升机在飞行品质相关频率范围(1~12rad/s)内的紊流缓和能力。同时,设计了一个旋翼前馈控制以增强直升机的操纵响应特性。对直升机飞行品质的线性分析表明:RSF控制的引入能够在实现旋翼/机体耦合动稳定性控制的同时使滚转和俯仰通道的指令跟踪延迟时间分别降低21.87%和25.82%,扰动抑制带宽分别提升243.22%和72.56%。最后以飞行试验验证的高阶非线性飞行动力学模型进行数值模拟验证控制系统。结果表明:RSF控制的引入使直升机滚转、俯仰角速率对紊流响应的标准差分别降低55.68%和26.81%。集成RSF的控制系统能够提升直升机在紊流中的飞行品质。     

近舰区风场建模与着舰仿真分析

通过分析近舰区风场特点,建立了低空风场和舰尾流模型,对飞机的着舰过程进行了仿真分析。分析认为:近舰区风场影响了着舰航迹的稳定性,降低了飞机着舰的安全性和乘坐品质。为了验证模型的合理性,进行了飞行员在环的地面飞行模拟试验,分析了近舰区风场对飞机着舰过程和飞行员操纵特性的影响。试验结果表明,近舰区风场的存在显著增加了飞行员的滚转操纵负荷。     

用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场

基于三维紊流场相关函数矩阵用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场,并用理论证明和紊流场数值检验的方法,证明这样的空间大气紊流场较好地符合所选用的大气紊流模型 (如 Dryden模型),且具有良好的均匀性和各向同性。三维空间大气紊流场可用于飞机飞行仿真,尤其是多架飞机在大气紊流中飞行的仿真 (如空中加油、编队飞行)。     

Wingtip generated wake vortices as radar target

Previous radar wake vortex detection experiments have resulted in measured beam averaged values of radar reflectivity from wake vortices in clear air. We have employed average wind and thermodynamic variable output from a two dimensional wake vortex model in clear air and fog to predict radar reflectivity in a wake vortex on a one meter grid. The results agree well, compared to data in the literature. In the clear air case, scales of turbulence were analyzed at each grid point to determine the appropriate maximum radar frequency for detection, initial wake structure, transport, and vortex persistence are related to atmospheric winds, atmospheric stability, and generating aircraft characteristics     

用于飞控系统试飞验证的识别方法

为试飞验证飞控系统的稳定性,改进,确认控制律和评价飞机的飞行品质,提出了富氏系数法（ＦＣ）,直接快速富氏变换－功率谱密度地（ＦＦＴ－ＰＳＤ）和相关函数为－功率谱密度法（ＣＦ－ＰＳＤ）确定系统频率响应,进而采用罗森布洛克无约束极值法和最小二乘－高斯牛顿迭代法进行模型参数拟合,另外,给出适合于上述方法的输入激励设计,通过用Ｔｕ－１５４Ｍ空中模拟试验机人机闭环／手动扫频试验数据和ＢＷ－１变稳机手动／自动     

有侧风时某验证机着陆品质分析

以刚体系动力学理论为基础,建立飞机、起落架六自由度全量非线性方程,根据有侧风时着陆过程中驾驶员的操纵特点,提出比较符合实际情况的操纵逻辑,以及用3个单轴操纵的驾驶员模型,通过采用分时采集、分时处理飞行状态信息和分时操纵的方式,将它们有机地综合成~个同时做三轴操纵时的驾驶员模型。最后,对所建立的人-机闭环系统模型编制了相应的仿真软件,并对某验证机进行了着陆品质分析,其结果与试飞情况比较吻合。