基于飞机模型的性能计算与管理

针对大型飞机巡航段性能优化问题,文中以飞机模型和简化的飞机运动方程为基础,利用飞机的一些基本数据,首先计算出飞机的燃油里程,并在此基础上分别获得最大航程马赫数、远程巡航马赫数和经济巡航马赫数。最后建立了以巡航成本最小、燃油最省和续航时间最长为指标的优化性能数据库,并进行了仿真分析。     

FMS巡航阶段的垂直轨迹预测算法及应用

飞机的飞行过程涉及多个垂直飞行阶段,巡航阶段占了绝大部分的飞行时间、飞行距离及燃油消耗,研究飞行管理系统（FMS）巡航阶段的垂直轨迹预测算法,对于提升飞行的经济性、舒适性、安全性是非常重要和必要的。为了满足不同类型飞机之间巡航阶段垂直轨迹预测算法的通用性,提高垂直轨迹预测的精确度和可信度,提出一种适用于巡航阶段的垂直轨迹预测算法。首先,通过计算巡航阶段的速度剖面,构建预测过程中更加符合实际的大气模型;然后基于第一性原理（第一法则）的飞机模型计算所需的巡航燃油流量数据,通过设计的巡航阶段垂直轨迹预测算法逻辑,给出巡航阶段预测的垂直轨迹;最后通过地面仿真试验和空中试飞验证算法的有效性与准确性。结果表明：本文提出的基于第一性原理飞机模型的FMS 巡航阶段垂直轨迹预测算法能够预测飞机的巡航轨迹,且预测精度误差低于1%。     

基于QAR的飞机爬升阶段燃油流量回归模型研究

以B777-200飞机选装的PW4077D发动机为研究对象,对QAR数据进行深入分析,运用多元回归分析的方法,建立飞机爬升阶段发动机燃油流量回归模型,并通过实际数据对模型进行准确性验证,研究结果为发动机燃油控制规律的全面研究奠定一定的基础,可实现对发动机燃油流量的监控与预测,提高飞机的安全性和经济性.     

先进战斗机超声速巡航过程中的燃油温度变化特性分析

战斗机广泛地使用燃油作为飞机发热部件的热沉,先进战斗机在综合热管理技术的发展基础上,更加充分有效地利用燃油来冷却.用热量平衡方法建立了燃油传热关系数学模型,分析了超声速巡航状态下油箱中的燃油温度随时间的变化.结果表明:战斗机在超声速飞行状况下,影响燃油温度的最主要因素是飞行马赫数和燃油的回流量.应用C软件通过计算仿真来求解油箱内燃油温度.      

大型运输机巡航航迹优化方案建模与分析

针对某大型运输机巡航段航迹优化问题,提出一种近似工程化的计算方法。分析了几种典型的巡航类型,并推导出精确的计算公式。对飞机气动参数和发动机特性进行了拟合建模,以燃油最省为性能指标,给出了在不同重量下的最佳巡航高度、最佳巡航速度、燃油消耗量、飞机需用推力等巡航表的主要参数,分析了巡航段的影响因素。研究结果表明,优化方案较好地降低了运输机燃油消耗和营运成本,增大了航程。     

民航机场飞机排放浓度分布模型

按照国际民航组织规定的起飞着陆循环过程,简化飞机在机场起飞降落的活动路线,在原有飞机排放污染物排放指数(EI)计算的基础上,再结合飞机起飞降落过程的燃油流量(F),计算出进近、滑行、起飞、爬升四段路线的排放污染强度.基于高斯点源扩散公式,对其进行积分得线源扩散模型,再对线源扩散模型中的参数进行修正,建立了民航机场飞机排放浓度模型.     

基于Flowmaster的航空发动机燃油系统温度仿真及分析

采用大庆RP-3型燃油,利用Flowmaster软件对某型航空发动机燃油系统进行建模,计算定、变转速工况下燃油温升情况,开展了发动机变转速下的温度仿真,将仿真温度与实验温度值进行对比验证模型准确性。结果表明:模型精度主要受元件的性能曲线影响;某些工况下主燃烧室前的燃油温度可达145 ℃以上,影响发动机安全,必须加以控制;仿真发现向飞机回油可以降低燃油温度,但对于阶跃回油质量流量信号,温度响应具有延迟性;设计回油质量流量为0 kg/s,不同工况的离心泵效率相同,各工况的燃油温度与主燃烧室燃油质量流量的关系,质量流量增大,温度降低,质量流量稳定时,温度也会达到稳定值。该仿真主要是建立了燃油温度的求解模型,提出了燃油泵加热的计算方法,对于航空发动机系统一维仿真研究有一定的指导作用。     

涡扇发动机主燃油流量监控模型的建立及验证

单发飞机装配新型发动机试飞具有较高的风险,作为发动机重要性能参数的燃油流量,可在一定程度上反映发动机的潜在故障。为确保某型涡扇发动机飞行试验安全,需对发动机主燃油流量建立监控模型。利用地面台架试验数据,结合主燃烧室喷嘴和主燃油计量装置的工作特性,建立了主燃油流量监控模型,并与装机后的地面试验数据进行对比。结果表明,该监控模型有较高的准确性和通用性,能及时发现发动机可能存在的问题和故障,确保飞行试验安全。     

太阳能飞机能量平衡建模

能量平衡是太阳能飞机设计工作的核心和难点。基于太阳能飞机能量原理,结合太阳辐射模型和太阳能飞机典型飞行剖面开展太阳能飞机能量平衡建模研究。根据太阳能飞机起飞-爬升-巡航阶段和持续跨昼夜飞行阶段的飞行剖面和能量需求,分别建立了各阶段的能量平衡模型,给出了各时段的能量特性计算方法并对傍晚下滑阶段的多种飞行情况进行了分类讨论。最后以某太阳能飞机为例对本文所建立的起飞-爬升-巡航能量平衡模型和持续跨昼夜飞行能量平衡模型进行了验证。     

考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法

巡航是民航飞机主要的飞行阶段,航班飞行中绝大多数的燃油消耗、飞行时间和污染物排放均发生在该阶段。基于国际民航组织（ICAO）基准排放数据和BM2方法,建立了污染物排放量和排放成本计算模型;提出污染物排放价格权重、成本指数排放因子和综合成本指数概念,以改进飞行成本计算模型,考虑污染物排放对飞行成本优化的影响;通过计算分析输入成本指数对性能参数和飞行成本的影响,建立了基于搜索方法的综合成本指数优化流程,并采用Visual Studio予以开发实现;然后计算了综合成本指数飞行的经济效益,以及飞机质量、成本指数和巡航高度对飞行成本的影响。结果表明,选择合适的综合成本指数和巡航高度,可使总飞行成本达到最小,提高运行经济性。与传统巡航相比,在典型情况下采用综合成本指数巡航可以降低相同条件下的总飞行成本的0.15%。     

民用飞机燃油箱系统热模型分析研究

飞机燃油箱系统热分析是飞机燃油系统设计和适航取证的关键技术之一。首先对燃油箱热模型分析方法进行了阐明,然后在典型热天环境中(地面温度为327K)对一种典型民用飞机燃油箱结构的热参数进行了工程计算研究。研究表明,外翼油箱、机身油箱以及集油箱内燃油温度分布不均匀;各油箱燃油温度在地面状态均高于巡航状态;燃油的最高温度时刻出现在地面终了状态,而且最高点位置出现在集油箱内。研究结果既可以指导飞机燃油箱设计,也可以为飞机燃油系统的适航取证提供一定技术支持。     

基于远程巡航方式的成本指数计算分析

远程巡航方式和经济巡航方式均是常用的飞行方式,经济巡航方式可以降低整个飞行成本,但航空公司目前很难将该方式下节省的时间成本准确计入,因此远程巡航方式成为当前条件下最为经济的巡航方式。研究了在远程巡航方式下成本指数的计算方法,分析了飞机质量、高度和温度对该成本指数的影响,并根据QAR记录数据进行了验证计算,证明其节油效果明显,具有良好的应用价值。     

民用飞机再循环系统流量仿真计算

以某型民用飞机再循环系统为研究对象,考察了从再循环系统到货舱和混合腔的流量分配。采用Flowmaster软件对再循环系统进行建模,对飞机在高空巡航和地面热天两种工况下的再循环系统流量分配进行了仿真计算。结果表明,该再循环系统的设计满足下游用户的流量需求。     

民用飞机辅助燃油箱系统燃油转输油出口位置研究

面对不同的市场需求,民用飞机通常在取得型号合格证之后,通过改装,形成公务机~([1])、遥感机、海监机等在内的特种飞机。大航程、长航时是众多特种飞机的重要特点。民用飞机通常在货舱内加装辅助燃油箱~([2-3])以增加额外的燃油存储空间,增加载油量,从而增大航程。然而辅助燃油箱内的燃油不直接供给发动机,需在巡航阶段将辅助燃油箱内的燃油转输至基本燃油箱内,通过基本燃油箱内供油系统供给发动机~([4-8])。转输动力可以来自转输泵或者闭式通气增压系统,即辅助燃油箱与基本燃油箱产生一定的压差,通过该压差将燃油转输到基本燃油箱内。然而不同的转输口位置,将会导致燃油转输的控制逻辑不同。基于某民用飞机的基本油箱构型,通过不同的转输口位置分析,给出较为合理的转输口位置。     

飞机燃油系统功能仿真分析

燃油系统在飞机上是一个非常庞大而且复杂的系统。利用流体仿真软件nowmaster构建了飞机燃油系统整体模型,并进行了一系列仿真分析,分别追踪了管路系统在正常情况、某一（些）增压泵失效、一发动机失效时发动机入口流量和压力随时间变化曲线,并与设计流量和压力进行对比分析,发现计算结果满足设计要求,证明这种方法是切实可行的。     

运输类飞机辅助燃油系统转输参数权衡分析

在保持原有的设计架构尽可能不变的情况下,运输类飞机可通过增加辅助燃油箱来实现短期内快速增程的目的,以达到大航程、长航时的设计目标,同时后续可作为多类特种飞机的改装平台。由于辅助燃油系统并不直接向发动机供油,而是在巡航阶段将燃油转输至基本型燃油箱内,因此在早期运输类飞机辅助燃油箱系统架构设计阶段,需尽早确定辅助燃油箱到基本型燃油箱的转输参数与转输策略,以便作为输入开展系统架构的权衡与多轮迭代。参考已有运输类飞机设计工程经验,通过对不同权衡方案进行对比分析,给出了在当前某型飞机辅助燃油箱最大设计载油量条件下的燃油转输速率和转输策略,同时考虑了最大载油量变化对分析结果的影响。研究形成的分析思路和方法对其余运输类飞机辅助燃油系统的设计具有一定的参考。     

突风气象条件下电动飞机电推进系统 PI控制参数的设定方法

电动飞机电推进系统采用高效永磁同步电机作为主驱动,配备矢量控制器。飞机在巡航过程中不可避免地会遭遇突风,影响飞机的稳定飞行。通过建立电动飞机在巡航阶段遭遇突风时的空气动力学模型和电推进系统的动态响应数学模型,并对模型进行求解,给出了突风气象条件下电推进系统速度PI控制参数的设定方法。以某双座电动飞机的电推进系统为研究对象,采用MATLAB仿真和样机地面试验对速度PI控制进行了仿真分析和试验测试,对比了未考虑和考虑突风气象条件下的速度PI控制器的动态特性。仿真和样机试验结果表明:当飞机遭遇突风时,采用考虑突风气象条件的速度PI控制参数可以有效地降低螺旋桨的转速波动范围。