民机空难相关非定常气动力问题研究

近年来，非定常气动力引起的飞行失控在造成民机空难事故诸因素中名列前茅，已经成为困扰国际民用航空运输发展的一个聚焦点。大气飞行气动力环境本质上是非定常的，而迄今飞机均按定常空气动力学和线性飞行力学原理设计，这就决定了现有民机在真实飞行中必然存在飞行失控之类的安全缺陷。简要介绍近年来国内外飞行失控造成民机发生重大飞行事故的情况，着重阐述采用非定常气动力和非线性飞行力学高新技术减少飞行失控、改进现役民机飞行安全性的研究思路和主要技术途径，旨在推动我国尽快实现减少民机空难事故这一重大目标。     

民用飞机高原风场进近驾驶行为变化对失控趋势的影响

高原机场运行安全性是颇具中国特色的飞行安全研究领域。在高原机场终端区,飞机的飞行性能下降,如果遭遇大风等不利天气条件,不安全事件的发生概率增加,其中飞行失控(LoC)是重要的潜在威胁类型。为了分析风场飞行的失控机理并研究高原环境中驾驶员生理变化对LoC趋势的影响,对高原机场终端区驾驶员的操纵行为进行参数化表征,模拟了高原环境对于驾驶行为的可能影响,并结合高原特征风场模型,通过数值仿真分析穿越风场飞行时失控风险的变化趋势。仿真结果表明:危险的山谷风和突风是导致LoC的重要诱因,高原环境中驾驶员生理心理的恶化也会增加LoC的危险,不合适的增益、过大的延迟和滞后都会导致飞机的失控。如果能够对驾驶员进行有针对性的训练,降低应对风扰动出现时的操纵增益波动,并保持适当紧张状态以尽量降低操纵延迟,将有利于应对风扰动,并保持完成飞行任务的能力。     

轻型飞行模拟器并联机构约束检验算法的研究

采用6-3UPS边置式座舱结构的轻型飞行模拟器,其工作空间受约束条件的限制。在数学描述的基础上,对影响工作空间的各项约束检验算法进行研究,并分析约束条件下轻型飞行模拟器的工作空间,为控制算法的研究提供依据。     

典型飞行安全评估方法述评

为进一步从飞行动力学角度解决面向任务的多耦合因素下飞行安全评估问题,对现有飞行安全评估方法 进行了梳理,对各种评估方法的发展起源、评估流程、评价指标、应用不足进行了初步探讨。研究表明,各种评估方 法在应用上各有优缺点。从飞行动力学角度而言,层次分析法、故障树分析法和时间裕度法对解决多耦合因素下 飞行安全问题,具有较强的借鉴意义。后续可结合人因可靠性,飞行安全边界界定,将层次分析法、故障树法和时 间裕度法融合,发展一种新的面向任务的基于系统安全性和飞行动力学的具有更广泛意义的飞行安全评估方法。     

基于约束预测控制的飞行失控包线保护研究

风切变等大气扰动现象严重威胁飞机起降飞行安全。在受到随机风切变干扰下,离线设计的最优控制器无法保证飞行状态始终处在正常包线内。在大型民机线性变参数模型的基础上,从预防飞行失控的角度研究风切变下飞机进场着陆的预测控制方法。将飞行失控包线量化为状态约束,在此基础上设计在线模型预测控制器。仿真结果表明,利用预测控制的滚动优化策略,可使飞机在进场下滑阶段遭遇风切变时进行良好的下滑道捕获和跟踪,且将飞机状态始终约束在安全包线内。     

导弹飞行安全区确定

对导弹飞行安全区进行了确切定义,分别对正常飞行弹安全区和故障飞行弹安全区进行了定量研究。在研究故障弹安全区时,从对导弹飞行安全产生的最终效果出发,对各种故障进行了科学分类,并建立了各类故障的故障方程,进而给出了导弹飞行安全区的计算模型和方法,这些模型和方法不仅符合故障飞行的物理背景,而且工程计算简单可靠。     

某型大涵道比涡扇发动机飞行推力确定方法研究

以某型大涵道比涡扇发动机为研究对象,结合动力装置适航取证＂飞行推力确定＂试验科目,对该型发动机飞行推力确定方法进行了分析,并开发了该型发动机飞行推力确定计算分析软件。结合发动机设计单位给出的设计值,对该计算方法进行了验证。结果表明,采用飞行推力确定计算方法得到的计算值与设计值间吻合程度较高。     

结冰飞机着陆阶段飞行安全包线确定及操纵应对策略

结冰会导致飞行安全包线收缩、严重威胁飞行安全,研究结冰后安全包线变化对于操纵应对策略设计及提高飞行安全具有重要意义。以美国国家航空航天局（NASA）的项目飞机GTM（Generic Transport Model）为研究对象,通过对飞机的气动参数进行多项式拟合,建立了结冰飞机纵向通道的动力学模型。为了得到能随结冰程度变化的安全包线,将可达性分析理论引入到对结冰飞机着陆过程的安全性分析。提出将正向可达集与反向可达集的交集作为飞行安全包线,其中可达集的确定是基于水平集方法求解哈密尔顿-雅克比方程的最优解。最后针对不同程度的结冰条件进行了操纵时域验证,并提出了相应的操纵控制策略。研究结果表明,轻度结冰对安全包线影响较小,整个着陆过程的飞行状态始终能在最优控制指导下保持在安全包线以内;但对于重度结冰,飞行安全包线收缩严重,常规操纵已经很难使飞机达到着陆要求,需要进行飞行状态改出处理。研究结果为指导飞行操纵及实时包线保护打下基础。     

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。     

飞航导弹飞行包络影响因素分析

飞航导弹飞行包络确定是保障导弹飞行安全的重要基础。本文根据飞航导弹飞行过程,分析了飞行过程中的主要误差,并分别建立了飞航导弹航向和纵向飞行包络的误差模型,确立了各飞行阶段飞行包络半径大小计算方法,为飞航导弹的飞行安全研究提供了基础。     

仪表飞行程序运行安全性评价模型与仿真分析

为对飞行程序设计与运行的安全性进行定量分析,需建立评价指标测度模型。从超障安全和飞行冲突风险水平两方面分析了影响飞行程序安全性的主要因素,提出了飞行程序运行的近地风险模型、飞行程序运行交通流内部以及不同飞行程序运行交通流之间的冲突强度和累计风险模型。以实际的进离场飞行程序为例开展仿真实验,提出了安全指标量化分析的方法,揭示了飞行程序构型、布局等影响安全性的规律。实验结果表明,该模型能客观地反映飞行程序安全性且有计算简便的特点。     

LE-500飞机尾旋试飞的体会

按CCAR-23部适航审定要求对LE-500飞机进行了尾旋试飞。结合LE-500飞机试飞实践，阐述了尾旋试飞的进入和改出，以及退出俯冲的具体操作方法。就尾旋试飞的全过程，即从试飞前的准备到空中实施动作及安全注意事项等进行了总结，提出了新研制的小型飞机尾旋试飞工作的程序和建议。     

基于博弈论的飞行安全风险评价

通过研究飞行机组与空中交通管制员之间的合作问题,以达到对飞行安全风险的分析和评价;结合博弈论的基本思想和方法,应用贝叶斯条件概率定理和NASH策略对飞行机组与管制员之间的合作关系进行定量分析,建立飞行安全风险博弈模型假设;根据Bayesian决策模型和NASH均衡算法,计算出飞行机组与管制员之间的局势均衡点,即飞行安全风险的最小值;通过仿真计算表明,该结果对改善航空公司安全管理的科学性、可靠性和进一步降低事故率以及提高飞行安全水平具有一定的参考价值。     

飞机亚跨声速飞行操纵特性分析

针对中等展弦比、中等后掠角机翼布局的超声速飞机在亚跨声速飞行时遇到的操纵特性异常现象,通过估算飞机在海拔5 km高空的气动特性,获得了飞机的纵向平衡性能和静操纵性的变化规律.通过数值计算,得到了飞机在低空跨声速飞行时的操纵特性;分析了造成飞机在某些飞行速度下操纵跟随性较差、大速度飞行时俯仰操纵过于灵敏、不同速度下杆力变化大等现象的原因.针对亚跨声速区的飞行与操纵特点,给出了飞行操纵建议,以提高飞行安全.     

适于飞控系统设计的缩比直升机建模

在传统的旋翼、尾桨、机身的气动力模型基础上,引入了缩比直升机的舵机、航向控制系统模型,建立了适合缩比直升机飞行控制系统设计的非线性飞行动力学数学模型。深入探讨了稳定杆对缩比直升机飞行动力学的影响,并进行了仿真计算,结果表明所建立的数学模型能反映缩比直升机的飞行动力学特点,适合其飞行控制系统设计。     

舰载直升机风限图及其试飞

首先介绍了确定理论风限图的方法，然后阐述－舰动态配合试验的原则和实施方法，以及试验的技术要求和所要达到的目的，并详细分析了试飞过程中各个阶段的内容和要求。最后，给出了一些进一步试飞的意见和建议。     

某型导弹"模飞"测试方法研究

在分析某型导弹原有"模飞"测试方法的基础上,针对其硬件环境提出了一种新的利用弹载飞行软件进行"模飞"测试的方法.根据导弹受力特性分析,用拟合公式替代了复杂的外力计算,并建立了简化的外弹道模型.最后,根据中断程序模拟的导弹飞行环境进行了"模飞"测试.结果表明,在确保导弹发射可靠的条件下,该方法对减少发射准备时间、提高突防能力具有重要意义.