Investigation of lateral-directional aerodynamic parameters identification method for fly-by-wire passenger airliners

A new identification method is proposed to solve the problem of the influence on the loaded excitation signals brought by high feedback gain augmentation in lateral-directional aerodynamic parameters identification of fly-by-wire（FBW） passenger airliners. Taking for example an FBW passenger airliner model with directional relaxed-static-stability, through analysis of its signal energy distribution and airframe frequency response, a new method is proposed for signal type selection, signal parameters design, and the appropriate frequency relationship between the aileron and rudder excitation signals. A simulation validation is presented of the FBW passenger airliner＇s lateral-directional aerodynamic parameters identification. The validation result demonstrates that the designed signal can excite the lateral-directional motion mode of the FBW passenger airliner adequately and persistently. Meanwhile, the relative errors of aerodynamic parameters are less than 5%.     

非电传民机纵向气动参数辨识激励信号研究

针对非电传民机气动参数辨识时,须通过设计激励信号激发出与待辨识参数相关的飞机运动模态才能得到准确的气动参数的特点,开展了适用于非电传民机纵向气动参数辨识的激励信号设计方法研究。基于信号能量分布和幅频响应分析的信号设计方法,对激励信号进行参数设计;综合辨识效果和驾驶员的易操纵性,建议选取经参数设计后的单周期正弦信号作为非电传民机的纵向激励信号。试飞验证结果表明,所提方法能够较好地激发出飞机运动模态,使试飞数据具有较高的气动参数可辨识性。     

民机电传飞控系统安全性设计与验证

目前CCAR25部的规章要求主要针对传统机械操纵飞机,随着电传飞控系统(Fly by Wire,以下简称FBW)在现代民机上的广泛应用,在控制指令的数字信号完整性、AC 25.1309等效安全等方面产生了一些新的适航要求,以达到传统设计相同的或等效的安全水平。介绍了民机电传飞控系统安全性评估过程,然后针对电传飞控系统安全性设计特点,总结了适用的适航要求和符合性验证方法。     

飞艇动导数与附加质量相互融合的方法

飞艇的动导数和附加质量分别表征其在有黏流和无旋无环流中所受非定常气动力/力矩。为了解决在飞艇建模中这两种气动系数的融合问题，分别研究了动导数和附加质量的成分划分问题以及同成分气动系数的融合方法。通过介绍能同时兼容有黏流和无旋无环流的气动力和力矩分析理论，得出同成分气动力/力矩融合时应当取有黏流中的结果并摒弃对应的无旋无环流结果。通过研究气动力/力矩与运动体当前运动参数的关联性，建立依据当前运动参数划分气动力/力矩或气动系数的方法。为了使两种流场中的气动系数分类方法相同，对飞艇的当前运动参数进行重构，使得气动系数在两种流场中均可按重构后运动参数明确划分和计算。根据研究结果，建立了一种动导数与附加质量的新融合方法，并讨论了它与现有文献方法的差异。通过算例分析不同融合方法对飞艇纵向扰动运动特性的影响，说明采用新融合方法的必要性。     

支撑翼布局客机总体参数对结构重量的影响

针对支撑翼布局客机在总体设计阶段对结构重量分析评估的需求，建立结构重量与支撑翼总体参数之间的定量描述关系。利用有限元分析求解工程梁模型的方法建立考虑静强度和颤振约束的支撑翼结构分析模型，采用全速势方程加边界层修正的方法建立气动载荷计算模型，在此基础上建立支撑翼总体参数与主承力结构尺寸的优化流程，实现支撑翼结构概念设计优化及重量分析。以支撑翼客机为对象的算例研究表明，应用这一优化流程能够分析总体参数对结构重量的影响规律，并实现定量描述，可以为支撑翼布局客机概念方案设计提供技术支持和数据参考。     

民航飞机适航飞行品质初探

介绍了中国民用航空条例第２５部（ＣＣＡＲ－２５）有关适航飞行品质要求以及对这些要求的理解和工程处理方法。在此基础上，以飞机全量运动方程和气动系数，较全面地计算了Ｙ７－２００Ｂ飞机的适航飞行品质。     

航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证方法研究

针对航空发动机适航取证的安全性需求,对航空发动机CCAR33-R2.75适航条款进行了解读与分析,明确了该条款的验证要求和方法.将功能危险分析法、故障树分析法和故障模式与影响分析法运用到该验证方法中,并提出了航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证的流程.最后对某型航空发动机进行实例分析,验证了发动机不可控火情对CCAR33-R2.75条款的符合性.该安全性验证方法能够为航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证提供支持.     

鸭翼对盒式翼布局气动特性的影响研究

盒式翼布局带有前置鸭翼对飞机纵向力矩特性产生显著的影响。针对某盒式翼布局无人机,采用数值模拟方法研究鸭翼对盒式翼布局气动性能的影响,以及鸭翼安装角、鸭翼沿机身轴线的纵向位置和鸭翼面积对巡航状态下盒式翼布局气动性能的影响。结果表明:鸭翼可以提高盒式翼布局的最大升力系数和失速迎角,可以有效地调节纵向力矩,但是会使最大升阻比略微减小;在巡航迎角3°、巡航速度50m/s状态下,鸭翼安装角和鸭翼面积对盒式翼布局气动特性影响较大,而鸭翼纵向位置对盒式翼布局气动特性影响较小。综合考虑鸭翼的上述参数,可以显著提高盒式翼布局的气动性能。     

窄条翼导弹俯仰机动中滚转失稳及其控制过程

窄条翼布局导弹通常具有复杂的横向气动特性,在大迎角飞行及快速机动中很容易诱发出现滚转非指令偏离和连续振荡,可能导致飞行失控,影响落点精度。为了研究窄条翼导弹俯仰快速机动对滚转失稳的诱发过程及滚转失稳对俯仰机动控制效果的影响,并验证三通道解耦控制方法的有效性,针对典型俯仰机动过程,分别利用2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验平台和耦合气动/运动/控制的一体化数值计算方法开展了相关研究。结果表明,风洞试验和数值模拟均成功预测了俯仰拉起和保持过程中的滚转自激失稳运动及其引起的纵、横向耦合运动,针对该机动过程,三通道解耦控制方法能够有效抑制滚转运动,保持姿态稳定。     

基于任意空间属性FFD技术的融合式翼稍小翼稳健型气动优化设计

 以非均匀有理B样条基函数为空间控制体属性,建立了任意空间形状自由变形(FFD)技术参数化方法。所建立的气动外形参数化系统通过FFD控制体的分布以及控制顶点的合理选取,能够对任意复杂外形进行参数化设计。首先采用FFD控制体对某型客机翼稍小翼进行空间属性构建;然后结合基于Delaunay图映射技术建立了结构对接网格变形模式,采用分群粒子群算法以及误差反向传播训练算法(BP)神经网络进行稳健型气动优化系统的构建;最后对某型客机融合式翼稍小翼的后掠角、倾斜角和高度等参数进行稳健型气动优化设计,分析对比了优化前后翼梢小翼表面压力云图、截面压力分布及载荷分布。优化设计结果表明:设计后的翼稍小翼的升阻比与阻力发散特性明显提高。     

Modeling and simulating aircraft stability and control—The SimSAC project

This paper overviews the SimSAC Project, Simulating Aircraft Stability And Control Characteristics for Use in Conceptual Design. It reports on the three major tasks: development of design software, validating the software on benchmark tests and applying the software to design exercises. CEASIOM, the Computerized Environment for Aircraft Synthesis and Integrated Optimization Methods, is a framework tool that integrates discipline-specific tools for conceptual design. At this early stage of the design it is very useful to be able to predict the flying and handling qualities of this design. In order to do this, the aerodynamic database needs to be computed for the configuration being studied, which then has to be coupled to the stability and control tools to carry out the analysis. The benchmarks for validation are the F12 windtunnel model of a generic long-range airliner and the TCR windtunnel model of a sonic-cruise passenger transport concept. The design, simulate and evaluate (DSE) exercise demonstrates how the software works as a design tool. The exercise begins with a design specification and uses conventional design methods to prescribe a baseline configuration. Then CEASIOM improves upon this baseline by analyzing its flying and handling qualities. Six such exercises are presented.     

考虑螺旋桨滑流的涡桨运输机失速速度的适航验证

涡桨运输机使用螺旋桨作为能量输出，滑流是螺旋桨飞机的重要特征，在适航验证时需考虑。失速速度是反映飞机气动特性的重要参数，在开展失速速度的验证时考虑滑流的影响尤为重要。分析了螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响，根据涡桨运输机失速速度的适航规章条款CCAR25.103的相关要求，提出了涡桨运输机考虑滑流影响的失速速度的适航验证思路及具体的验证方法。以一型涡桨运输机滑流影响的风洞试验为例，给出了该型飞机在发动机慢车状态下，巡航构型时考虑滑流影响的纵向气动特性试验结果，试验结果进一步证明了在进行失速速度验证时考虑滑流影响的重要性，为失速试飞提供了依据。文中给出的验证方法为涡桨运输机的失速速度以及飞行性能和飞行品质相关的其它适航条款的验证提供了参考。     

飞翼无人机进舰下滑纵向固有模态特性研究

针对舰载飞翼布局无人机与常规布局飞行器不同的气动外形,建立无人机飞行状态下附近流场的网格模型,并计算了该型无人机的气动参数。基于插值函数计算得出该型无人机的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数对于迎角变化的曲线。建立纵向小扰动方程进行仿真计算,求解出该型无人机在进舰下滑状态时的固有模态特性。计算结果表明,该模型在配平条件下可用于舰载飞翼布局无人机的着舰气动适配性研究。     

客机通风系统中风扇流量特性数值模拟与研究

研究客机通风系统中某型风扇在变流量条件下风扇各个性能参数的变化趋势。用基于CFX的数值模拟的方法得到了各流量下的风扇效率、压升、功率等参数和叶片表面静压力分布以及流场中的漩涡结构。计算与分析表明总压效率在一定范围内会随流量增大而增加，当流量达到一定值后再增加流量会使效率急剧降低。另外，流量的变化导致叶片表面静压力以及风扇所受气动力的变化，在低流量下，叶轮所受气动力存在一个最低点。在给定的流量范围内流场中的漩涡结构也会随流量变化，这主要是因为流量变化引起了攻角的变化。     

Longitudinal parameter identification of a small unmanned aerial vehicle based on modified particle swarm optimization

This paper describes a longitudinal parameter identification procedure for a small unmanned aerial vehicle(UAV)through modified particle swam optimization(PSO).The procedure is demonstrated using a small UAV equipped with only an micro-electro-mechanical systems(MEMS)inertial measuring element and a global positioning system(GPS)receiver to provide test information.A small UAV longitudinal parameter mathematical model is derived and the modified method is proposed based on PSO with selective particle regeneration(SRPSO).Once modified PSO is applied to the mathematical model,the simulation results show that the mathematical model is correct,and aerodynamic parameters and coefficients of the propeller can be identified accurately.Results are compared with those of PSO and SRPSO and the comparison shows that the proposed method is more robust and faster than the other methods for the longitudinal parameter identification of the small UAV.Some parameter identification results are affected slightly by noise,but the identification results are very good overall.Eventually,experimental validation is employed to test the proposed method,which demonstrates the usefulness of this method.     

面向航线网络体系的客机设计指标权衡方法

为了通过客机的市场分析与总体设计的紧密结合进行关键设计指标的更充分的权衡,提出了从航线网络体系的视角进行指标集效能评价的方法。这一方法以燃油效率作为经济性评价准则,基于运营统计数据建立综合考虑航线航程概率及航线实际乘客数概率的运输周转量概率密度分布,结合客机运行空重的估算,计算出各条航线消耗的燃油重量,进而通过多轮次的仿真分析出不同指标集对应的燃油效率概率密度。分析结果有助于权衡各个指标集的潜在设计方案适合在何种航线上运营,以及从燃油效率的角度分析潜在设计方案对航空公司的吸引力。通过在一个算例中对航程和载客量的变化进行计算和分析,说明了所提方法的应用方式,最后对目前研究的局限之处和后续的研究方向进行了探讨。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

基于静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法研究

民用客机主要针对巡航外形设计,这就需要通过静气动弹性修正得到型架外形,保证型架外形在设计巡航状态飞行时,气动性能能够恢复到巡航设计状态。本文基于混合网格的N-S方程和结构柔度矩阵方法的耦合求解,发展了大飞机静气动弹性计算方法。根据静气动弹性变形过程的可逆性,结合飞行器质量分布、发动机推力以及巡航飞行重量等设计参数,发展了考虑静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法。利用所发展的修正方法,获得了某大型客机巡航飞行的型架修正外形,同时分析了其它飞行工况的弹性气动特性,并通过算例比较验证了本文发展方法的有效性。     

火箭橇系统的摩擦力分析与计算

根据火箭橇动态试验非线性和非定常特点，以及火箭橇与轨道的摩擦特性，对某型火箭橇系统进行了动力学分析、建模和流场数值模拟，界定了不同运动状态的动力学特点，得到了系统的气动力特性。研究结果表明:在60～90m/s速度条件下，该型火箭橇阻力系数约为0.58，升力系数约为0.003，气动力主要表现为气动阻力，升力与火箭橇自重相比相对较小，约占自重的0.5%～1.2%。同时结果表明，火箭橇运动速度是影响摩擦因数的主要因素，摩擦因数随运动速度的增大而减小。在数值模拟和试验数据基础上，确定了幂函数形式的摩擦因数计算公式，公式以运动速度为底数，系数为2.554，指数为-0.756。并在多种工况下，对火箭橇运动参数进行预测和验证，与试验数据符合良好。      

2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究

风洞虚拟飞行试验(WTBVFT)技术是在风洞环境中对飞行器机动运动最逼真模拟的物理过程,它不仅可以更加有效模拟飞行器的机动运动过程、获取气动/运动耦合特性和揭示气动/运动耦合机理,而且能够实现气动/飞行力学集成的相容性研究。鉴于此,简要介绍了2.4 m跨声速WTBVFT技术,包括:相似准则和模拟方法、试验模型支撑技术、气动/运动参数测试技术和操纵控制技术等,并开展了典型导弹模型开环控制、姿态角闭环控制、加速度闭环控制、俯仰/滚转耦合与解耦控制以及靶试弹道验证等WTBVFT。研究结果表明:WTBVFT系统运动灵活,气动参数和运动参数测量结果准确可靠,能够有效模拟导弹实际飞行过程,具备闭环控制与耦合运动解耦控制的试验模拟能力,初步形成了气动/飞行力学一体化试验研究能力。同时,该研究也为开展控制方法优化与验证、数据修正与应用以及发展复杂构型的WTBVFT奠定了技术基础。