结冰对飞机飞行安全的影响机理与防护研究

飞机结冰导致机毁人亡的飞行事故频发,严重威胁了飞行安全.分析了飞机结冰产生的机理,明确了飞机结冰问题研究的重点,阐述了飞机结冰的条件、过程和种类.在此基础上,分析了影响飞机结冰的主要因素和参数,深入剖析了机体不同部位结冰对飞机气动性能、稳定性和操纵性能的危害机理,并总结了飞机防、除冰的相关技术,展望了防、除冰技术的发展趋势,讨论了飞机结冰保护的研究方向.     

警惕！飞机结冰

飞机结冰导致的飞行事故已发生多起,给人们的生命和财产带来巨大损失。如2006年6月3日,我军一架军用运输机在安徽境内坠毁,造成了机上40人全部遇难的严重事故。事故调查发现,这起事故的直接原因是飞机多次穿越结冰区域,飞机空中结冰,最终导致飞机失控坠毁。这起事故在这类事故中具有很强的代表性,事故给我们的教训是深刻的。因此,我们必须对飞机结冰问题进行认真总结。下面就对飞机防除冰问题谈谈个人的几点认识,希望能在今后防除冰工作中起到抛砖引玉的作用。认识一:加强对飞机结冰危害性的认识     

飞机地面除冰/防冰

飞机地面除冰/防冰是飞机进入冬季需要特别关注和认真对待的问题。民航总局对飞机带有冰、雪、霜起飞进行了严格限制,CCAR-121部第121.649条进行了明确规定。据统计从1969年到2005年,世界上发生了多起由于飞机地面结冰造成的飞行事故。同时风洞试验也告诉我们每平方厘米有直径1     

基于吸引域与二元极值理论的结冰飞机飞行风险量化评估

结冰会导致飞机飞行包线萎缩，在驾驶员没有正确处理的情况下极易发生飞行事故。为定量计算结冰条件下飞机飞行风险进而制定合理的结冰风险规避策略，以飞机纵向动力学系统为分析对象，基于吸引域方法计算得到飞机结冰后的二维吸引域及稳定边界，并以飞行状态超出稳定边界作为飞行事故判定条件。建立了典型的人-机-环系统模型，通过蒙特卡罗仿真提取了飞行安全关键参数极值样本；根据极值理论，建立二元极值Copula模型；通过遗传算法辨识模型参数，依据多种拟合优度检验方法确定最优分布模型，进而计算不同结冰影响程度下的飞行风险概率，并由此来指导驾驶员操纵，从而保证飞行安全。文中所述方法，为定量计算结冰条件下飞行风险概率提供了新的思路，具有较好的工程应用前景。     

结冰对飞机飞行包线影响分析及控制

为解决飞机在结冰后因飞行包线范围缩小而危及飞行安全的问题,针对飞机纵向三自由度非线性模型分析了翼面结冰对飞行包线的影响。在二级折线软限制式迎角限制器中引入结冰信息,综合考虑各个结冰传感器信号,通过比较采用对迎角、襟翼偏度限制最大的结冰信号来设定限制器阀值,在线/实时地改变可用飞行包线范围,使结冰飞机在缩小的飞行包线范围内能够安全飞行。仿真计算表明,该方法实用有效,可供飞机结冰问题研究人员参考。     

Y12—Ⅱ型飞机结冰对其飞行特性影响的试飞研究

以Ｙ１２－Ⅱ型飞机防冰系统适航验证试飞为例，就确定飞机结冰部位与防护方法，结冰对飞机飞行性能和操稳特性的影响，带冰着陆的可能性及其安全措施等问题进行了分析和讨论。通过飞行试验，初步检查出飞机结冰造成飞机飞行性能的损失和稳特性的降低。仅在新机研制中，为防冰系统适航性验证工作提供参考。     

基于复杂动力学仿真的结冰情形下飞行安全窗构建方法

目前针对结冰情形下增强驾驶员情景感知的研究比较有限,现有的手段一般为通过评估部分飞行安全关键参数是否超出其极限值来对风险事件是否发生进行预测。建立了驾驶员操纵-飞机本体-积冰影响的动力学模型,通过对单个飞行情形预测时间段内飞行参数风险度的叠加得到该情形下的飞行安全谱,并在此基础上得到该情形下的风险值。基于建立的并行飞行仿真平台,获取飞机在整个操纵范围内的风险拓扑图,即安全窗。分析了飞机在对称结冰情形和非对称结冰情形下飞行安全窗的变化,并对结冰的致灾机理进行了分析。仿真结果表明结冰导致安全飞行范围缩减,对于非对称结冰还会出现安全窗不对称的现象。安全谱的提出可以为事故的演化分析提供一种全面直观的分析方法,安全窗的构建可为飞机遭遇各种不利情形下的驾驶员操纵提供指示,也可为飞机设计人员优化飞机性能提供一定的参考。     

复杂结冰环境下飞机鲁棒飞行安全包线分析

结冰是威胁飞行安全的重要环境因素,研究复杂结冰环境下飞机的飞行安全包线对于飞行安全边界保护,确保飞机飞行安全具有重要意义。以RCAM为研究对象,利用时间尺度分离原则将飞机解耦成两个子系统,建立了考虑飞机横向运动的纵向运动模型和复杂结冰环境下鲁棒气动导数模型。基于可达集最优控制理论,以反向可达集作为飞机复杂结冰环境下的飞行安全包线,利用可达性分析研究结冰及横向滚转运动对飞行安全包线的影响,在此基础上,进一步分析考虑不同结冰程度下结冰位置、冰型及分布等不确定性结冰情况时飞机的鲁棒飞行安全包线。仿真结果表明,随着结冰程度增加,飞行安全包线不断收缩,当考虑结冰不确定性因素时,轻度结冰条件下的鲁棒飞行安全包线较重度结冰条件下收缩更为严重。因此,即使飞机只是遭遇轻度结冰,但当存在不确定性因素时,飞行风险仍然较大,飞行员应该保持警惕。研究结果可为飞机在复杂结冰环境下的边界保护提供支撑和参考。     

基于六自由度方程的飞机结冰问题仿真

基于六自由度方程对飞机的结冰飞行动力学问题进行了仿真研究。首先针对飞机遭遇结冰时的结冰飞行过程进行仿真,开发了一种结冰过程中飞机结冰严重程度及气动参数的计算方法。通过在各仿真时刻对飞机气动参数进行结冰影响修正以实现对飞机结冰飞行过程的模拟,同时分析了结冰过程对飞行特性的影响。进而对飞机结冰后带冰飞行时不同结冰严重程度下的操纵面阶跃响应进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。     

机场除冰液对环境的影响

引言北方机场及一些南方机场由于冬季降水会造成飞机机身和机场道面积雪结冰,若不及时除去,极易导致飞行事故。这方面国内外航空都有着血的教训,附表列出了在美国因除冰不及时而引起的几次事故。因此,为了保证飞机在冬季能够安全起降,必须     

Y-8飞机平尾积冰导致的飞行事故分析

平尾积冰对飞行安全影响重大.通过介绍连续两起平尾积冰导致的Y-8飞机飞行事故,分析了飞机结冰的气象条件,平尾积冰和放襟翼对平尾气动特性的影响,以及平尾积冰失速的改出方法和预防措施.     

基于可达集方法的结冰飞机着陆阶段安全风险评估

飞机在着陆过程中极易发生结冰的现象,结冰对飞行安全造成的危害极为严重。结冰导致飞机发生危险的原因是由于机翼或尾翼被冰层覆盖后空气动力学行为发生改变,飞机受力异常难以控制。为分析结冰后飞机的稳定性以保证飞行安全,以飞机纵向动力学系统为分析对象,将飞机结冰后状态的描述以可达集的形式进行,直观地判断飞机状态是否可控,以此确定飞机是否处于安全状态。以求解所得的可达集为基础,利用极值定理分析结冰飞机的风险概率模型,由模型计算不同情况下飞机的风险概率,最终得到飞机着陆阶段的安全风险评估结果,并由评估结果指导驾驶员操纵,从而保证飞机的安全飞行。     

待机状态下机翼结冰的快速计算方法

飞机在飞行过程中遭遇结冰气象,尤其是过冷大水滴结冰条件所导致的机翼结冰,将严重影响飞机的气动性能与操纵品质,从而导致飞行故障或飞行事故,是飞机飞行安全的重要影响因素,是飞机研制中必须重点解决的难题。虽然针对结冰已建立有多种计算仿真程序,但快速获得结冰模拟冰形,包括过冷大水滴条件下的结冰模型是工程师们一直追求的解决方案。利用前向多层神经网络,尝试建立了一种针对待机状态下的机翼结冰模型。此方法基于坐标转换原理,将获取的采用直角坐标表达的标准翼型的机翼结冰数据转换为对应的极坐标表达的数据,以飞行参数、气象参数和极坐标角度作为输入,极坐标模值作为输出训练构建出此种机翼结冰模型。使用所建立的模型,仿真预测结果表明该计算方法具备快速性和精确性,其计算精度可满足实际要求。     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

结冰严重破坏飞机的动力学特性，使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显，导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险，易引发飞行事故。为解决此问题，提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法，该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性，可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先，基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界，并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响；其次，利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化，结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法；最后，搭建了飞行仿真训练系统，并以着陆为训练科目，通过与传统迎角安全预警方法对比，得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明，相比于传统迎角限制方法，动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险，且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。     

翼面结冰对飞行品质的影响分析

引言 飞机在结冰条件下飞行，其未防护翼表面会结冰以及防冰系统失效时全翼面会结冰，翼面结冰后会导致飞机的气动力变化，从而影响飞机的飞行品质。CCAR25部明确规定，申请结冰条件下使用的飞机，必须满足其相关的条款要求，才能获得结冰条件下飞行的合格证。在结冰条件下，必须分析飞机的飞行品质影响，以及飞机是否能安全运行。     

基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域

结冰导致飞机飞行包线缩小、对飞行安全产生严重威胁,研究结冰后飞机非线性稳定域对边界保护系统的设计和飞行安全的提高极其重要。以某型运输机为研究对象,考虑飞机非线性气动特性建立飞机纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;然后通过流形和正规形理论刻画结冰飞机纵向非线性稳定边界并得到稳定边界的解析表达式,通过仿真的手段验证了正规形理论确定的稳定边界和解析表达式的有效性和准确性。最后,分析了飞机着陆过程中,结冰因子对结冰飞机稳定域的影响以及结冰飞机发生事故的机理。研究结果表明,轻度结冰使飞机非线性稳定域缩小;重度结冰导致飞机稳定性发生改变;在未察觉飞机结冰的情况下,飞行员的常规操纵会使飞行状态超出结冰飞机的非线性稳定域、导致飞行事故。研究结果可为飞机结冰后的边界保护提供一定的参考。     

结冰对新舟600飞行性能影响研究

飞机结冰是威胁飞行安全的重要因素之一,因飞机结冰导致的飞行事故时有发生。鉴于此,以新舟600飞机为例,分析了飞机结冰的机理,阐述了飞机结冰条件、冰型以及结冰严重程度的度量。在此基础上,深入研究结冰对飞机起飞、爬升、续航、着陆等性能的影响,总结了当前飞机防除冰技术,旨在降低结冰对飞行安全的影响。     

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。     

飞机结冰探测技术初探

近几年来,我国屡次发生因结冰造成的重大飞行事故,给国家财产和人民生命安全带来了较大损失。避免飞机结冰安全事故的发生,需要系统性的安全保障,其涉及到如航空气象预报,飞机结冰探测技术应用,高效可靠的飞机防/除冰系统设备,飞行人员防冰安全意识的强化以及结冰危情的正确处置,等等。其中,     

飞机结冰事故的统计分析

美国国家运输安全局认为结冰是发生多起飞机事故的一个重要原因。ＮＴＳＢ对事故报告的调查统计表明，结冰事故中有影响的因素包括事故发生的地理位置、飞行状态、飞行目的，飞机类型、驾驶员的经验和气象等。统计结果发现，事故地点和对应的地形特征之间有着密切的关系。