大迎角时附加滚转和俯仰导数对稳定性的影响

一、引言本文是发表在本刊1986年第3期中的“大迎角时的附加偏航导数对飞机稳定性的影响”一文的继续。在前文中曾指出,在大迎角时由于绕流出现非对称分离,将必须计及小迎角时常予忽略的附加纵横向交叉导数。前文中已分析了偏航交叉导数 C_(nα)、C_(?)、C_(?)和 C_(?)对飞行稳定性的严重影响。本文继续分析附加滚转导数 C_1_a、C(?)、C_1_q和 C(?)对飞机运动稳定性的影响以及横侧运动引起的纵向导数 C_m_p、C_(mγ)、和 C(?)。     

大迎角时的附加偏航导数对飞机稳定性的影响

本文采用分析飞行参数时间历程灵敏度的方法,研究大迎角时因纵向参数而产生的偏航导数对于飞行稳定性的影响。文章对大迎角时产生的附加偏航导数进行了估值,然后通过比较包含或不包含这些特定导数或导数组合的时间历程,来考查这些导数对飞机大迎角飞行稳定性的不同影响。分析表明,某些附加导数对飞行稳定性影响严重。掌握与此有关结论对飞仉大迎角气动设计有着重要的意义。     

超音速、高超音速飞行器动导数的高效计算方法

将超音速、高超音速气动力工程计算方法综合起来,推广到非定常气动力的计算,并用于求解任意外形飞行器作强迫运动时的非定常气动力.在此基础上进一步发展了一种适合于超音速、高超音速大迎角状态的飞行器动导数计算方法和程序.计算结果与国际标准实验数据作了比较,证明了该程序的正确性和精度.研究了减缩频率和基本迎角对动导数的影响,结果表明基本迎角对动稳定性导数影响较大,而减缩频率在小迎角范围内对动导数影响很小.     

耦合运动非定常气动模型对飞机飞行特性仿真的影响

 在大振幅偏航滚转单自由度强迫振荡和耦合强迫振荡运动风洞试验的基础上,分别运用准定常气动力建模方法和非定常气动力建模方法,获取飞机的气动力模型;运用两种不同的气动力模型,对飞机的纵向正弦振荡机动飞行进行了仿真。结果表明,准定常模型在小迎角下的仿真结果与非定常模型的结果基本一致;在较大迎角时,准定常模型仿真结果趋于稳定,而非定常模型仿真结果使飞机进入横航向振荡飞行状态,这一现象与F-16XL的试飞结果类似,其主要原因是耦合运动的非定常模型与准定常模型所产生的阻尼特性不一致。这也表明,分析大迎角飞行特性时应考虑耦合运动下的非定常气动特性。     

大迎角气动导数对飞机横航向飞行品质的影响

以第三代战斗机为例,采用等效系统方法,通过计算并讨论飞行品质指标滚转模态时间常数(Tr),荷兰滚模态的阻尼比(ζn)和频率(ωn)及驾驶员座位处的侧向加速度(ayp)随气动导数的改变特征,研究在失速迎角前大迎角气动导数对具有现代控制系统的飞机横航向飞行品质的影响.结果表明,气动导数Cιδα和Clp主要影响Tr及ayp;Cnδr,Cnr,Cnβ及Cyβ主要影响ζn或ωn;Cιβ的影响相对较小.     

歼X飞机气动导数试飞的参数识别

本文简要地叙述了歼×气动导数试飞的目的、意义,飞行驾驶技术,数据采集系统和数据处理方法。并给出了本次飞行试验提取气动导数所采用的飞机数学模型。给出了飞行试验结果及其简略的分析。飞行试验结果包括:飞机纵向气动导数、短周期模态特性,横侧气动导数与荷兰滚模态特性。由于本次试飞采用了较先进的数据采集系统和数据处理方法,试验结果可靠,可供有关单位使用。     

飞行动力学中非线性特性研究

本文介绍了飞机大迎角时的一些重要的非线性现象,综合评述了研究飞机非线性动态特性的各种方法,着重讨论了近年来应用这些方法研究飞机非线性动态特性方面所取得的成果——空气动力和力矩非线性对飞机动态特性的影响,空气动力纵向和横航向交叉耦合对飞机动态特性的影响以及高机动性飞机大迎角时全局稳定性的研究等。     

具有迎角／过载限制器的俯仰增稳系统控制律的研究

本文以JJ-6飞机为例,研究了采用具有迎角/过载限制器的俯仰增稳系统对该机在大迎角下稳定性和操纵性的影响.并根据该机在大迎角下的偏离/失速运动机理,探讨系统中限制器边界值确定的原则。研究结果表明,该系统具有抗偏离/失速的能力,进而可以防止尾旋发生。但在大迎角下过大的横侧操纵,飞机仍能进入尾旋运动。     

地效飞机的纵向稳定性和气动布局特点研究

分析了地面效应对飞机气动力特性的影响,以及地效飞机不同于常规飞机的纵向稳定性准则,包括重心与迎角焦点和高度焦点的位置关系、影响其纵向稳定性的主要气动导数等。研究结果表明,地效区内飞机的气动力随高度呈非线性变化,而重心必须位于迎角焦点与高度焦点之间并且靠近高度焦点才能保证地效飞机的纵向稳定性。最后根据地效飞机的稳定性准则,讨论了保证地效飞机良好飞行品质的气动布局要求。     

洗流时差阻尼力矩研究

在分析飞机的纵向阻尼力矩时，除考虑俯仰角速度引起的俯仰阻尼力矩外，还应估算出迎角变化率引起的洗流时差阻尼力矩。根据洗流时差阻尼力矩产生的原理，推导并给出了它的计算方法。介绍了各种阻尼导数的表示方法及相互关系。最后较详细地分析了水平尾翼、马赫数、迎角变化率和下洗角随迎角的变化率诸因素对洗流时差阻尼力矩及阻尼导数的影响。     

机翼摇晃运动研究

机翼摇晃运动作为现代高机动性飞机在失速迎角附近飞行时出现的一种现象而受到普遍重视.迄今为止,对机翼摇晃的研究工作一般沿两种途径进行。一种为分析产生机翼摇晃的气流流动机理;另一种根据机翼摇晃时飞机运动的特点进行讨论。本文从飞机六自由度方程入手,建立描述大迎角机动飞行的空气动力模型。在此基础上,按照微分方程定性理论和传播矩阵,研究机翼摇晃的产生原因和飞机运动的特点。结果认为,机翼摇晃是一种非线性系统的Hopf分支现象.对具有中等后掠角机翼的飞机,产生机翼摇晃的主要原因是滚转阻尼力矩随迎角和侧滑角的变化.     

风雨对飞机飞行安全性的影响

风雨严重影响飞机的飞行安全。基于动量定理建立了一种根据降雨条件、风场特性、飞机特征和飞行状态计算雨滴对飞机产生的撞击力和力矩的方法,研究了风雨对飞机气动特性的影响,进而建立了飞机在风雨中飞行的运动方程。通过引入驾驶员的操纵模型,对飞机在风雨中飞行的运动特性进行了数值仿真研究。仿真结果表明:降雨会使飞机的升力减小,阻力增大,平衡迎角增加,不利于飞机的飞行安全;当降雨过程中伴随有风时,风会改变飞机的飞行迎角,使得飞机更容易出现因失速而造成的飞行事故;降雨时飞机的抗风能力降低。     

方形截面飞行器上仰机动对滚转特性影响的数值模拟

飞行器从中小迎角至大迎角范围内,由于背风区流动分离形态的演化,静态气动特性特别是横侧向气动特性也随迎角显著变化,可能诱发复杂的滚转运动。但飞行器一般是上仰机动时,才从平飞状态快速拉起至大迎角,此机动过程对横侧向气动特性和滚转运动可能产生较大影响。本文发展了刚体动力学方程和Navier-Stokes方程的松耦合求解技术,并通过数值模拟航天飞机脱落碎片的六自由度运动轨迹进行了验证。针对背风区涡流形态及横侧向气动特性复杂的方形截面飞行器,数值模拟研究了其不同迎角下的静态滚转气动特性、自由滚转运动特性,以及上仰机动时不同拉起速率对滚转运动特性的影响。结果表明,对于此飞行器,静态时存在临界迎角约为13°,当迎角小于临界迎角时,滚转方向是静不稳定的,诱发快速滚转运动;当迎角大于临界迎角时,滚转方向是静稳定的,其滚转运动是收敛的。但上仰机动时,滚转运动的形态还与拉起速率相关,即使拉起的终止迎角大于临界迎角,如果拉起速率较慢,也可能出现快速滚转运动。     

飞机大迎角滚转运动频率域建模与稳定性分析

本文运用频率域建模法,分别建立了飞机大迎角滚转运动的Ｆｏｕｒｉｅｒ变换模型及非线性代数模型,并从数学模型中提取动导数。基于非线性非定常数学模型与局部线化的动导数数学模型,计算了飞机滚转运动的稳定性,并运用李雅普诺夫稳定性分析理论,进行飞机滚转运动稳定性分析。结果表明,大振幅非定常滚转运动实验可以用于飞机绕体轴滚转运动的稳定性分析。从大振幅实验数据提取的动导数,基本反映了飞机的非定常气动力特性。通过     

基于相平面法的结冰飞机纵向非线性稳定域分析

结冰是威胁飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰后飞机稳定性及稳定域范围对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。由于结冰后大飞机失速迎角提前,仅仅研究小迎角线性阶段的飞行稳定性显然不能满足要求。首先根据飞机迎角和升力曲线非线性关系建立了结冰条件下大迎角阶段飞机纵向非线性系统模型,然后通过相平面法刻画了迎角和俯仰角速度构成的不同飞行状态下飞机的纵向运动的稳定域,并探讨了迎角和俯仰角速度对纵向稳定性的影响规律,最后针对稳定域内外的不同初始状态,进行了零输入响应时域仿真,验证了相平面法确定的稳定域的有效性和准确性。研究结果可为飞机结冰后的稳定边界确定和边界保护提供一定的参考。     

横航向飞行品质对参数的灵敏度分析

使用等效系统评价方法,根据数值计算结果分析了全权限电传操纵飞机从小迎角到失速迎角横航向飞行品质对于气动参数变化的灵敏度。结果表明飞行品质对操纵效能变化很灵敏,对横向气动导数变化又较航向灵敏,特别对于高增益、强调横向操纵飞机更为如此。同时建议飞控系统横航向通道随迎角调参,以确保在更宽的迎角范围内具有满意的飞行品质。     

典型超声速/高超声速动导数计算方法研究

以当地流活塞理论为基础完成超声速/高超声速动导数计算公式推导,发展了一种高效的动导数计算方法.选取1个超声速、2个高超声速动导数算例标模,计算了超声速/高超声速下飞行器动导数变化规律.研究结果表明:BFM超声速流动算例的俯仰组合动导数绝对值随马赫数的增大而减小,计算重心位置后移亦会导致俯仰组合动导数绝对值减小,纵向动稳定性降低;在0° ～20°迎角范围内,高超声速流动中的尖锥和钝头旋成体俯仰组合动导数绝对值随迎角的增大而增大,纵向动稳定性增强;所提方法计算时间约为双时间动导数计算方法的1/27.     

面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识

不论是现代高机动隐身战斗机的设计需求还是常规布局飞机的飞行动力学分析,深入研究大迎角飞行时的非线性非定常气动力模型都极其重要。基于纵向运动小振幅及大振幅强迫振荡试验数据,分析了常规稳定导数模型的准确性,并从导数模型出发发展了简化涡流和分离流时间迟滞效应的非定常气动力线性模型和非线性模型,最后应用风洞典型机动历程模拟试验验证了模型的有效性。结果表明：对于复杂构型高机动飞机模型,发展并改进的非线性微分方程模型可以准确预测飞机不同机动下的非定常气动力特性,具有较强的工程可行性。     

绕三角翼纵向俯仰大迎角气动特性计算研究

 采用数值计算方法, 对三角翼从0°上仰至90°的动态流场结构进行了计算, 在此基础上, 对三角翼在上仰过程中受到横侧小扰动情况下的流场结构和气动力特性进行了计算研究。给出了三角翼纵向动态情况下的气动力系数变化, 特别是大迎角横侧力矩系数的变化特征, 并对受到横侧小扰动后横侧运动的稳定性进行了计算与分析。结果表明, 机翼的上仰运动延迟了机翼上翼面旋涡的破裂。同时, 随着机翼俯仰角速度的提高, 机翼抵抗旋涡非对称破裂的能力明显增强, 机翼运动的稳定性也明显提高。     

飞翼布局折叠机翼变体飞机操稳特性研究

为了研究飞翼布局折叠机翼变体飞机的操稳特性,自行设计飞翼布局折叠机翼变体飞机,建立研究模型并进行简化处理。采用涡格法和工程估算法对机翼折叠过程中飞机的纵向和横航向静稳定性进行分析;采用小扰动假设,将飞机扰动运动沿纵向和横航向解耦,分别得到纵向扰动运动和横航向扰动运动对应的模态,分析机翼折叠过程对飞机动稳定性的影响;结合工程估算法和CFD仿真分析机翼折叠过程对飞机操纵性的影响。飞行试验结果表明:在飞行中机翼折叠后,飞机有进入俯冲的趋势,随着配平舵偏角的增加,俯仰运动逐渐不够灵敏;在操纵杆量相同的情况下,机翼折叠状态的俯仰运动响应较快。