现代战斗机飞行力学问题的研究进展

阐述了现代战斗机研制中若干飞行力学问题研究现状,内容涉及敏捷性设计指南和空战敏感性管理系统,过失速飞行包线扩展和机动飞行,大迎角飞行控制律设计,推力矢量控制和准无尾飞行,大迎有特性分析方法－开环和闭环特性分支分析方法和大迎角飞行品质要求六个方面。研究结果显示出这些大迎角飞行力学领域最新发展趋势及其在现代战斗机研制中的作用地位。     

飞机大迎角飞行品质研究的进展

大迎角飞行品质要求的背景众所周知，在失速迎角前，能大迎角作无忧虑机动是当代（第三代）战斗机的标志，而具有过失速机动能力却是下一代（第四代）战斗机的重要特征。战斗机在失速迎角前后大迎角区作机动飞行的要求也是根据作战环境和作战方式确定的。当代战斗机面临着地（面指挥所）、空（中预警机）、天（卫星）实时侦察情报和指挥、控制和通信的统一这种作战环境。同时，70年代以来，随着机载雷达、火力控制系统和导弹武器的迅速发展，在战斗机上已经实现了雷达与火控系统甚至飞行控制系统的一体化。作为空战的主要武器──导弹也已发…     

过失速下俯敏捷性及纵向控制效能需求研究

结合飞行安全和作战效能需求,对过失速战斗机的大迎角/过失速迎角下俯敏捷性指标及纵向控制效能需求进行了研究.为了满足飞行品质和过失速敏捷性指标要求,采用非线性动态逆方法设计了某推力矢量飞机快回路和慢回路飞行控制律.在此基础上,根据过失速下俯敏捷性和滚转敏捷性指标要求,对所需的最小俯仰推力矢量偏角进行了计算分析,所得结果对先进战斗机的设计有一定的参考价值.     

战斗机大迎角气动特性研究技术的发展与应用

飞机布局的大迎角气动特性是决定飞行包线左边界的主要因素之一。飞行包线左边界区域的扩展增强了飞机的大迎角机动性和敏捷性，但是同时也极大地挑战着飞机的安全。几十年来，随着大迎角飞行研究技术的发展，战斗机飞行不断突破失速迎角附近及以上区域，将飞行左边界左移，扩大了飞行包线，减少了飞行限制，挖掘了战斗机的作战潜能。本文对战斗机大迎角飞行相关的气动特性研究技术，包括流动机理研究、数值计算方法研究、风洞气动试验、气动建模与数据库构建、气动与控制综合验证等关键技术的发展与应用进行了阐述。基于这些技术的发展，结合工程实践经验，提出了战斗机大迎角气动特性研究的整体思路和方法，包括大迎角气动力预先设计、气动力获取、气动力表达、气动力综合分析和气动-运动-控制一体化验证五个部分，以供相关装备研制参考。     

战斗机大迎角/过失速机动下的进气道气动特性

为掌握战斗机在大迎角和过失速机动飞行时进气道的稳、动态气动特性,采用基于动态嵌套网格的非定常雷诺平均Navier-Stokes （URANS）方程和大迎角风洞试验方法对某战斗机进行了研究,并通过大迎角和过失速机动飞行试验进行了验证。结果表明：大迎角稳态下进气道气动性能随迎角增大逐渐降低,天地相关性吻合良好,而计算仿真和飞行试验均捕捉了眼镜蛇机动下进气道的非定常迟滞效应。通过研究获得了战斗机在大迎角和过失速机动下的进气道气动特性,建立了过失速机动下进气道非定常非线性特性问题的研究方法。     

飞行试验中的飞行力学研究

说明了飞行力学天空在飞行试验中的地位；型号飞行中飞行力学研究的主要内容；飞行品质和大迎角飞行特性飞行试验研究以及第四代战斗机研制中需要飞行试验验证的几个飞行力学问题。     

电传飞控战斗机大迎角特性飞行试验

叙述了电传飞控第三代战斗机的“无忧虑”设计概念和大迎角特性飞行试验的必要性,在此基础上简要介绍了电传飞控第三代战斗机进行大迎角特性飞行试验的目的、试验中的预测研究体系、试验的程序和渐进逻辑,还介绍了试验中可能的技术风险以及试验风险的控制措施。对于了解和进行电传飞控第三代战斗机大迎角特性飞行试验具有一定的参考价值。     

飞机大迎角飞行问题研究综述

近距格斗在未来的空战格斗中仍不可避免,大迎角下精准且快速的机头指向能力是空优战斗机必须具备的基本特征,对提升飞机本身的生存能力和夺取制空权具有重要意义。本文根据国内外战斗机的大迎角特点,对大迎角气动特性、风洞试验方法、气动力建模方法、非线性飞行动力学特性分析方法、大迎角控制律设计、飞行试验等方法进行了综合论述,对未来大迎角飞行问题的研究方向进行了展望。     

先进战斗机大迎角运动特性分析和试验

描述了先进战斗机大迎角气动数据库的结构,介绍了使用全局稳定性理论对大迎角特性的预测分析结果和控制律的设计逻辑,之后进行了六自由度仿真计算,并根据飞行品质模拟器评价试验和自由飞试验结果对大迎角运动特性和控制律设计逻辑进行了验证。     

战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。     

大迎角飞行品质的研究进展

分析了飞行包线向低速大迎角扩展后飞行品质研究面临的几个重要方面,即需要提供直到充分过失速迎角的飞行品质指标,这是设计飞控系统的依据之一：纵,横,航向操纵效能要求,这是配置,裁减操纵面的依据,机动任务集,这对于提出品质指标与操纵效能要求,及早发现飞机缺陷和全面评价飞机系统的战术效能等工作都有重要意义,总结有关的研究思路以及目前的进展,并给出了一些初步结论。     

纵向大迎角飞行品质对参数的灵敏度分析

采用等效系统,频域,时域等多种飞行品质评价方法和准则。根据数据计算结果分析了放宽带稳定的电传操纵飞机从小迎角到失速前大迎角纵短周期飞行品质对于气动及惯性参数变化的灵敏度。结果表明,飞行品质对操纵导数及惯矩的变化最灵敏,对升力线斜率变化呈一定的灵敏度,而对其它参数变化则不太灵敏,灵敏度具有体量值测随角而不同。     

螺旋桨飞机起飞构型突风影响研究

对于小迎角纵向静不稳定飞机,突风给飞机带来显著的安全隐患,为此,结合飞行品质规范中的突风模型,给出不同概率和不同高度下的突风速度。针对某螺旋桨飞机,计算分析垂直向上和向下突风所引起的飞机迎角变化,获得了起飞状态下可行的飞行速度和高度范围。研究结果表明,垂直向下突风显著地削弱了该类飞机的纵向静稳定性;垂直向上突风显著地减小了其安全迎角裕度。     

飞机的全局稳定性分析和非线性控制

现代军用飞机常设计为在大迎角下飞行。此时飞机是一个高度非线性系统，其稳定特性不能用线性方法求解。而实现控制，特别是在非线性不稳定性的情况下，更是十分困难的。本文介绍了一种综合的分析飞机非线性稳定性和控制的方法。即用分岐理论来决定飞机的全局稳定性。用四阶龙格－库塔积分来计算飞机运动的平衡面和分岐点，并构造运动状态的扰动传播矩阵，而此矩阵的特征值可用来预测稳定性的时变性。此外，还利用扰动传播矩阵来求得为满足规定的飞机反应特性（通常由频率和阻尼表示）所需的操纵，即各操纵面反馈回路的放大系数值。对典型飞机的算例计算结果表明，非线性控制是成功的。     

Suggestion for aircraft flying qualities requirements of a short-range air combat mission

Owing to the lack of a direct link with the operations in short-range air combat,conventional aircraft flying qualities criteria are inappropriate to guide the design of a task-tailored flight control law.By applying the mission-oriented flying qualities evaluation approach,various aircraft with different control law parameters are evaluated on a ground-based simulator.This paper compares the evaluation results with several conventional flying qualities criteria,and discusses the appropriate parameter combination to reflect the flying qualities requirements of short-range air combat,The comparison and analysis show that a short-range air combat mission requires a higher minimum short period mode natural frequency and a smaller maximum roll mode time constant,and allows a lower minimum pitch attitude bandwidth and a higher maximum short period mode damp ratio than those of conventional flying qualities criteria.Furthermore,a combination of the pitch attitude bandwidth,the pitch attitude magnitude at the bandwidth frequency,and the pitch attitude transfer function gain can define the flying qualities requirements of short-range air com bat.The new metric can successfully predict the flying quality levels of aircraft in a short-range air combat mission.     

某型飞机横航向飞行品质研究

在分析横航向飞行品质评估准则和方法的基础上,利用等效系统法对某型先进战斗机进行了横航向等效系统拟配,在时域、频域内验证了拟配结果。按照美军现行的MIL-STD-1797A规范对该型飞机横航向飞行品质做出了评估,重点分析了操纵系统中反馈通道对横航向飞行品质的影响。研究结果对带电传操纵系统的第三代飞机的作战使用与飞行品质潜能的发挥有一定的参考价值。     

大攻角飞行时机翼摇摆问题的神经网络控制方案

提出了一种基于神经网络的自适应控制方案,这种方案能够在对被控对象几乎没有先验知识的情况下对其实施有效的控制,对一个具有不稳定机翼摇摆问题的薄三角翼飞机模型的仿真证实了本方法的有效性。     

纵列式直升机悬停飞行品质研究

以适合于飞行品质评价的纵列式直升机非线性飞行动力学模型为基础,根据有人驾驶垂直/短距起落飞机军用品质规范(MIL-F-83300)以及军用旋翼飞行器驾驶品质要求(ADS-33E-PRF),对纵列式直升机悬停开环状态下的飞行品质进行了计算分析.按照两种规范的要求,对纵列式直升机的动态响应特性与带宽、操纵特性与姿态敏捷性、轴间耦合以及横向突风扰动影响进行了分析,最后给出了一些有意义的结论.      

超机动飞机飞行控制及大迎角飞行品质研究

超机动飞机飞行控制和大迎角飞行品质研究,对于强调超机动能力的第四代战斗机的飞行控制律设计、验证和试飞评定有着重要意义。以鸭式布局飞机为研究对象,应用推力矢量技术,结合奇异摄动原理和逆系统理论,设计了基于非线性动态逆理论的超机动飞行控制律。从过失速状态飞机空气动力的非线性和非定常迟滞效应、大气紊流等方面初步验证了控制律的...     

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。