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。     

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。     

某大型飞机在大气紊流作用下乘座品质响应计算

本文着重对某大型飞机在连续大气紊流作用下的乘座品质问题进行了探讨性计算;根据计算结果,对某大型飞机的乘座品质进行了概略的分析;同时,对飞机在大气紊流作用下的乘座品质准则问题进行了简要的讨论。     

考虑故障模式的高速作战飞机飞行品质等级评估方法

高速作战飞机相比于传统飞机飞行包线广,且其系统复杂导致故障模式增加,若在全包线范围内满足很高的飞行品质要求,必然导致飞机方案难以闭合。因此,提出考虑故障模式的高速作战飞机飞行品质等级评估方法,以支撑高速作战飞机方案快速迭代闭合。在充分总结飞行品质与高速作战飞机故障模式的基础上,系统地分析系统故障、飞行包线,以及大气扰动等影响飞机飞行品质的因素,并计算其发生概率,进而在概念方案设计阶段,综合考虑多故障模式的影响,确定各种组合状态下,高速作战飞机应满足的飞行品质等级。     

大气扰动及其对飞行的影响

 大气紊流和风切变等现象会影响飞机的飞行品质,并且可能引起严重的飞行事故。本文简要回顾和评述了目前国外研究大气紊流和风切变问题的情况。包括近年来国外在低空大气扰动对飞行影响方面的研究,在改进数学模型、计算与分析方法以及研究与大气扰动有关的飞行品质规范等方面取得的进展。文中同时回顾了我国研究大气扰动对飞行的影响方面的情况。     

大气扰动和飞行品质要求

本文对军用规范[MIL-F-8785B(ASG)]、[MIL-F-8785C]和《军用飞机飞行品质规范》(试用本)中明确提及大气扰动的“飞行品质要求”的内容进行了分析比较。认为对大气扰动的形式和强弱不加区分地提出笼统的飞行品质要求是不妥当的,而应该把大气扰动看成是一种使飞行品质降级的因素,并按照概率对其降级进行限制.     

基于概率指标的民机乘坐品质最优控制律设计

基于概率观点的乘坐品质评价准则,采用极点配置方法进行了最优控制律设计,以提高大型客机的乘坐舒适性.设计过程中,特别考虑了满足飞行品质和舵面偏转的约束问题,通过具体算例验证了此设计方法能有效的改善大型客机的乘坐品质.     

人机闭环飞行品质预测准则研究(英文)

在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。为了研究人机闭环飞行品质预测准则,本文首先建立了具有40个飞机构型的飞行模拟实验数据库。利用该数据库中的实验数据,采用插值方法获得预测驾驶员操纵行为特性的数学模型,由此计算得到了描述人机系统闭环特性的指标。文中分析了Neal-Smith准则和MAI准则的特点,通过研究闭环特性指标与实际驾驶员飞行品质评价结果的关系,对MAI准则边界进行了修正,建立了改进的人机系统飞行品质预测准则。最后,利用改进准则进行飞行品质预测,结果表明,改进后的准则能够比较准确的预测飞机飞行品质。     

大气紊流中机翼一阶弹性模态主动振荡抑制方法研究

基于先进数字式控制系统，研究紊流风激励下机翼一阶弹性模态主动振荡抑制方法，给出了技术途径和控制律设计方法。依据大气紊流扰动下弹性飞机的扰动运动方程，推导出弹性飞机动力响应计算方法，改进了大气紊流仿真算法，提高了控制系统设计的准确性和效率。最后．从工程角度给出了控制律的工程特性评估方法。     

改善飞机大气紊流响应品质的最优控制律设计

本文介绍了一种以改善飞机大气紊流响应品质为主要目的的控制系统最优控制律的设计方法.该方法以“乘座品质最优”为目标,设计系统的各反馈增益。文章为一架算例飞机设计了最优控制律并作了开、闭环飞机大气紊流响应特性及乘座品质指标的计算、分析与比较.结果表明,所提供的设计方法不仅计算较为简便(与目前国内常用的变反馈参数法(参考文献[1])相比),而且相当有效,确实能在一定程度上改善飞机的大气紊流响应品质.     

JJ—7飞机对大气紊流的横航向响应及乘座品质计算

本文对JJ-7飞机的横航向晴空大气紊流响应及乘座品质进行了计算.计算结果表明,JJ-7飞机的横航向大气紊流响应值不大,乘座品质基本上满足要求,可以为飞行员接受.     

非平稳大气紊流对弹性飞行器的影响

提出了采用复模态分析方法研究非平稳大气紊流对弹性飞行器的影响，首先给出了非平稳随机大气紊流模型，然后提出了弹性飞行器对非平稳随机大气紊流激励的复模态分析方法，该方法把复杂的随机动力响应计算问题转化为复代数运算问题，为研究飞行器对随机大气紊流的响应开辟了新的途径，最后以某型－空导弹为例，计算其对非平稳随机大气紊流的响应，从而说明非平稳随机大气紊流对弹性飞行器的影响。     

基于CFD降阶模型的阵风减缓主动控制研究

飞行器飞行时会受到大气紊流的影响,降低飞行品质。阵风减缓控制是改善飞行器飞行性能的关键技术。现有的阵风响应分析多以离散阵风为研究对象,对更加真实描述大气紊流的连续型阵风时域分析关注较少。采用成形滤波器方法将频域形式给出的大气紊流信号转换为时域信号。在跨声速区域内,利用系统辨识技术,基于计算流体力学(CFD)方法建立阵风激励下的气动载荷状态空间降阶模型(ROM)。为方便控制器设计,借助平衡模态法进行模型的进一步降阶。使用模型预测控制(MPC)算法通过控制操纵面偏转实现阵风减缓主动控制。以AGARD445.6标模作为仿真算例,验证基于ROM设计的阵风减缓控制律的有效性。仿真结果表明,在跨声速飞行状态下,模型预测控制器能够在满足操纵面偏转范围的约束下,对连续阵风激励下的翼根弯矩输出进行有效抑制。     

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。     

A practical filter error method for aerodynamic parameter estimation of aircraft in turbulence

It is common for aircraft to encounter atmospheric turbulence in flight tests. Turbulence is usually modeled as stochastic process noise in the flight dynamics equations. In this paper, parameter estimation of nonlinear dynamic system with both process and measurement noise was studied, and a practical filter error method was proposed. The linearized Kalman filter of first-order approximation was used for state estimation, in which the filter gain, along with the system parameters and the initial states, constituted the parameter vector to be estimated. The unknown parameters and measurement noise covariance were estimated alternately by a relaxation iteration method, and the sensitivities of observations to unknown parameters were calculated by finite difference approximation. Some practical aspects of the method application were discussed. The proposed filter error method was validated by the flight simulation data of a research aircraft. Then, the method was applied to the flight tests of a subscale aircraft, and the aerodynamic stability and control derivatives were estimated. All the estimation results were compared with the results of the output error method to demonstrate the effectiveness of the approach. It is shown that the filter error method is superior to the output error method for flight tests in atmospheric turbulence.     

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.     

RECAT间隔标准的差异性对比与计算分析

尾流是影响机场容量的重要因素之一,在保证安全前提下缩减尾流间隔能增加机场繁忙时刻航空器进离场架次,进而提高机场容量.美国和欧洲提出尾流标准重新分类(RECAT)概念,并在一些机场试运行,取得良好效果.基于国内某机场一周内航空器起降机型架次,将其重新分类,对比在现行ICAO和RECAT标准下的加权尾流间隔,证明在RECAT标准下尾流间隔将会缩减.通过改变不同航空器机型占比,分析机场容量变化,得出机场容量随航空器占比变化明显,对空管安全运行和机场及跑道运行效率提高具有实际参考价值.     

基于相似理论的航空发动机风扇转速换算方法的改进

基于相似理论提出一种通过变指数因子计算航空发动机风扇换算转速的改进方法.收集不同公司的某型航空发动机的巡航数据建立数据样本.采用支持向量回归机方法建立指数因子与大气温度的数学模型并利用遗传算法对模型参数进行寻优,进而得到由风扇指示转速和大气温度计算风扇换算转速的变指数因子模型.使用该模型对样本数据进行计算,并把结果与定指数因子方法求解的风扇换算转速进行对比,对改进算法与定指数法换算结果进行了误差分析.结果表明:改进后的变指数因子模型计算的航空发动机风扇换算转速具有更高的精度,同时具有良好的推广泛化性能,该方法是航空发动机风扇换算转速的一种有效算法,在航空发动机性能预测也具有实际的指导意义.