民用飞机校验机动仿真研究

校验机动是民用飞机纵向俯仰机动中的一种,它是机翼、平尾等部件的载荷严重情况之一。对于校验机动的分析国内国际上的主流是采用机动仿真法。美国的FAR和欧洲的CS适航条款对校验机动有着不同的要求,FAR指定了俯仰角加速的要求,没有指定俯仰操纵器件的输入;而CS则指定了俯仰操纵器件的输入,对俯仰角加速度没有要求。以往国内校验机动一直以FAR条款为设计基础,对于CS条款的研究和分析不多,以欧洲CS条款为基础,对校验机动的仿真分析进行了研究。     

飞机操纵系统特性对机动载荷的影响

对于飞机操纵系统特性对操纵速率和操纵面运动的作用,给出了一些地面试验、飞行试验数据和计算结果。研究了军用飞机飞行载荷规范（ＧＪＢ６７．２－８５）急剧俯仰机动要求的应用。论述了飞机操纵系统特性对机动载荷的重要影响。     

民用飞机控制律对俯仰机动平尾载荷影响分析

针对中国民用航空规章第25部25.331(c)条规定的两种俯仰机动情况（非校验机动和校验机动）,本文首先对两种俯仰机动条款进行理解,然后对比分析了中国民用航空规章第25部与欧洲的适航认证规范对校验机动情况存在的差异,最后对两种俯仰机动考虑控制律前后分别进行机动仿真计算,进而对飞机响应及平尾载荷计算结果进行对比分析。 计算分析结果表明：1）考虑控制律后,飞机舵面偏度变化较大,进而导致整个机动过程中飞机响应姿态以及最后的机动载荷变化较大;2）对于急剧移动操作器件的非校验机动,考虑控制律后飞机的响应姿态有所缓减,最后导致平尾载荷有所降低;3）对于相对缓慢移动操作器件的校验机动,考虑控制律后飞机的响应更为剧烈,最后导致平尾载荷有所增加。     

稳定俯仰机动飞行包线研究及最大机动载荷的计算

本文首先对 MIL—A—008861A 给出的对称机动飞行包线进行了概要的讨论:而后从纵向小扰动运动方程出发,导出了舵面以阶跃形式输入时的稳定俯仰运动方程的解;同时考虑到规范中给定过载和失速与操纵系统的限制,编制了各类飞机在不同飞行状态下计算飞行包线的通用程序;应用该程序可以计算出稳定俯仰机动时最严重的机翼载荷和平尾载荷以及相应的飞行状态。最后,本文进行了一例计算。     

国军标规范飞机气动载荷计算软件研制及其应用

介绍在使用国军标规范《军用飞机强度和刚度规范》中对于急剧俯仰机动、滚转改出及滚转机动机翼载荷计算时所遇到的困难、解决办法及其软件研制。     

飞机操纵系统动态特性在对称机动飞行载荷计算中的应用

本文将飞机操纵系统动态特性用于对称机动飞行载荷计算,直接由飞机座舱操纵规律出发,求解飞机及操纵系统运动方程,并满足操纵系统的约束条件,得到计及操纵系统影响的飞机机动载荷,使飞行载荷更接近真实情况。     

弹性飞机跨声速机动载荷计算方法

基于跨声速非定常气动力求解的重叠场源法,开展了弹性飞机跨声速机动载荷计算方法研究,为现代飞机结构强度设计提供更加可靠和精确的临界载荷计算方法。首先通过采用重叠场源法求解关于62%根弦俯仰振荡的LANN机翼在马赫数为0.822的非定常气动力并与实验结果进行对比,验证了重叠场源法对跨声速激波效应预测和非定常气动力计算的能力;其次应用频域气动力有理近似技术拟合场源法计算得到的广义气动力系数矩阵,建立了机动载荷分析的状态空间模型;然后完成了某型民用飞机俯仰机动载荷分析,研究了俯仰机动飞行情况下飞机机体状态量及飞机部件载荷响应规律。计算结果表明：考虑机体弹性变形后,机翼和平尾气动载荷响应最大值分别减小了5.1%和10.6%,升降舵气动载荷响应最大值增大了16.2%,在飞机结构强度设计中必须考虑机体弹性效应对飞机部件载荷的影响。     

民用飞机平尾载荷的不确定性及全局灵敏度分析

针对飞行载荷计算输入数据的随机不确定性会导致载荷计算结果波动的现象，采用Monte Carlo模拟方法和基于方差的全局灵敏度分析方法对民用飞机急剧俯仰机动随机平尾载荷进行不确定性及全局灵敏度分析。具体分析了飞机气动特性和重心的不确定性对迎角贡献平尾载荷、升降舵偏度贡献平尾载荷及平尾总载荷的影响，进一步通过全局灵敏度分析找出影响平尾载荷计算结果的主要因素。不确定性分析结果表明：气动特性和重心的不确定性导致迎角贡献平尾载荷的波动程度很大。灵敏度分析结果表明：1）升降舵偏度贡献平尾载荷只受升降舵效率的影响；2）迎角贡献平尾载荷主要受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数和重心的影响；3）平尾总载荷受升降舵效率的影响最大，受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数及重心的影响次之。此外也验证了方法的有效性，对提高飞行载荷的计算精度有一定的指导意义。     

基于随机森林的飞行载荷代理模型分析方法

飞行载荷分析(FLC)通常需消耗大量的计算资源和时间，提升飞行载荷计算效率对于缩短研发周期、提高设计质量具有重要意义。本文研究了数据驱动的机器学习代理模型飞行载荷分析方法，由于随机森林(RF)代理模型具有学习效率较高、泛化能力较强、可避免过拟合、参数可解释、变量敏感度分析等优点，使其十分切合飞行载荷分析，具有重要的应用潜力和前景。文中基于传统的飞行载荷分析方法，采用NASTRAN的SQL144载荷分析框架获得训练随机森林代理模型的样本数据，然后以高度、马赫数、过载、俯仰角加速度等作为输入参数构建了飞机对称机动载荷预测代理模型。采用建立的模型预测了算例飞机其他工况机翼翼根、平尾翼根的剪力、弯矩、扭矩，通过对预测结果评估校验，证实了模型具有较高的精度，可以大幅提升飞行载荷分析效率，并能够分析飞行载荷对各状态参数的敏感度，为高效全面地分析飞行载荷提供了新的思路。     

民用飞机俯仰操纵力特性设计研究

首先提出了民用飞机俯仰操纵力设计要求,结合某新型民用飞机的特点,提出了改善俯仰操纵力的相关措施,即提高纵向静稳定性、优化升降舵限偏曲线、增加电子配重、杆位移指令整形、提高俯仰操纵力等。计算结果表明,该系列措施使得某新型民用飞机俯仰操纵力特性满足适航要求,确保飞机获得满意的俯仰力特性。     

俯仰敏捷性评估与影响因素研究

建立了现代高机动性能战斗机俯仰敏捷性仿真计算数学模型和机动飞行时的操纵动作，以Ｆ－１６战斗机为例，计算并讨论了初始飞行状态以及飞行控制系统参数对战斗机俯仰敏捷性的影响。结果表明，选择适当的飞行状态，有利于更好地发挥飞机的俯仰敏捷性；降低飞机整体系统的阻尼，将有利于提高飞机的俯仰敏捷性；控制系统有关参数的设计，除考虑飞行品质要求外，还需综合考虑飞机敏捷性等方面的要求。     

基于超静定配平的机动载荷控制风洞试验

介绍了俯仰机动载荷减缓(MLA)在某运输类飞机缩比风洞试验模型上的应用,旨在通过风洞试验研究一种基于超静定配平原理的机动载荷控制方法。首先,对模型飞机纵向超静定配平方法进行了研究并从理论上揭示通过其减缓机动载荷的基本原理;然后,依据超静定配平原理设计了MLA控制律,通过反馈模型飞机等效过载驱动副翼偏转减小机翼载荷,同时偏转升降舵来保持飞机的俯仰机动性能;最后,依次实施了超静定配平试验,气动伺服弹性稳定性试验以及机动载荷减缓试验,分别用以确定MLA控制律参数,检查控制系统稳定性以及获取俯仰机动时的系统响应。试验结果表明:在MLA控制律作用下,机翼根部弯矩增量比MLA控制律关闭时减小了10%以上,而模型飞机的俯仰机动性能基本保持不变;MLA控制律的加入使控制增稳系统稳定性略有下降;通过超静定配平试验确定MLA控制参数的方法有效提升了MLA控制律设计可靠性,使翼根弯矩减缓量接近目标值。研究工作为运输类飞机的机动载荷控制设计与试验提供了一种可行途径。     

飞机俯仰敏捷性的数字仿真与模拟试验

借鉴国外研究飞机俯仰敏捷性机动的经验，选用了俯仰敏捷性评价尺度，确定了数字仿真用的数学模型以及操纵规律，具体计算某机在常规空战飞行高度和速度范围内的俯仰敏捷性，包括加到最大过载所需的时间和卸到零过载所需的时间，最大正过载变化率和最大负过载变化率及最大上仰和下俯机动范围内的俯仰角速率。最后在地面固基模拟器上进行俯仰敏捷性机动模拟试验，试验结果与数字仿真结果基本一致。     

70°迎角定常飞行数值仿真

建立了带俯仰－偏航－滚转推力矢量高性能战斗机的非线性数学模型,利用该模型和Ｆ－１６飞机的气动数据,针对典型的大迎角定常飞行过失速机动的特点,结合逆方法和试凑法获得了各个操纵面的操纵规律,对其进行了数值仿真。结果表明,带俯仰－偏航－滚转推力矢量控制下,该飞机在过载为１,７０°迎角定常飞行时具有较好的操纵性和稳定性。     

某型机助力器承载特性分析

某旋翼系统装于某型直升机,实测了该直升机在悬停、盘旋、平飞、过载、机动飞行科目下的桨叶变距拉杆的铰链力矩,据此计算了该型机纵向和横向操纵助力器所受载荷;同时根据该机操纵助力器输出力与操纵速度特性曲线,考核验证某旋翼系统的铰链力矩、某型机操纵助力器的承载特性即桨叶和助力器的设计及其匹配是否合理、安全可行。     

一种飞机大仰角飞行的模糊控制方法

提出了一种飞机大仰角飞行的动态逆模糊集成控制方法。首先使用动态逆方法求得系统的逆，使系统反馈线性化，然后，用具有在线规则自调整的模糊控制方法来确保系统的最终特性。该方法应用在高性能收音机俯仰机动指令系统的设计中，仿真结果表明，所设计的控制器满足操纵品质的要求，并且，在大仰角飞行时具有较好的鲁棒性。     

基于全局灵敏度分析的侧向气动导数不确定性对侧向飞行载荷的影响

考虑飞行载荷计算中使用的气动导数存在不确定性,利用基于方差的全局灵敏度分析(GSA)方法,结合偏航机动的动力学模型,分析了侧向气动导数不确定性对侧向飞行载荷的影响。以某型飞机为例,运用该方法得到侧向气动导数的全局灵敏度排序。结果表明:侧滑角、阻尼贡献的垂尾侧向载荷及垂尾侧向总载荷受全机侧力系数对侧滑角导数的影响最大,受航向静稳定导数及方向舵操纵效能的影响次之;方向舵偏度贡献的垂尾侧向载荷只受全机侧力系数对方向舵偏度导数的影响;无尾飞机侧向载荷主要受航向静稳定导数、方向舵操纵效能及无尾飞机侧力系数对侧滑角导数的影响;偏航阻尼导数基本不影响各侧向飞行载荷。同时也验证了方法的有效性,对提高飞行载荷的计算精度有一定的指导意义。     

弹性飞机纵向机动飞行轨迹计算和分析

考虑气动弹性静变形计算某飞机铅垂纵向平面内的机动飞行轨迹。将飞机当作弹性体，在运用飞行动力学方程计算运动轨迹的同时，针对每个时刻，对飞机的迎角升力线斜率、升降舵升力线斜率、俯仰角速度升力线斜率、迎角俯仰力矩导数、升降舵操纵导数以及俯仰角速度俯仰力矩导数进行气动弹性修正，给升降舵一个阶跃输入，计算出弹性飞行情况的飞行轨迹，并与刚体飞行情况对比，从而说明气动弹性对飞机飞行轨迹的影响。     

带主动控制技术飞机平尾机动载荷计算研究

研究了采用主动控制技术飞机飞行参数对平尾机动载荷的影响,包括带纵向控制电传操纵系统和“硬连接”状态,气动特性考虑弹性修正和不考虑弹性修正等方案。给出了这些状态下飞行参数的变化规律,计算了这些状态平尾的机动载荷,得到了一些规律性的结论,可以用于飞机型号设计中。     

带控制舵钝双锥削面体的气动特性研究

提出了带控制舵的钝双锥削面体飞行器气动布局概念,计算分析了其压心特性、升阻比特性、配平特性及操纵效率问题,同时还研究了纵向稳定配平条件下的航向安定性问题及动稳定性问题,并与带配平翼的钝双锥削面体外形进行了比较.两类外形的典型空间机动动作不同,操纵方式也各不相同:控制舵削面体具有更大的配平攻角变化范围和操纵效率,较小的舵面等效攻角有利于舵面防热及结构设计,而且俯仰配平时的航向安定性及动稳定性较好;而配平翼钝双锥削面体可采用迎风及背风进行俯仰控制,结合侧翼的扩张及迎风翼的差动实现空间"Z"形机动.