大迎角非线性飞行动力学（一）

本文较为系统地介绍了大迎角非线性飞行动力学研究的基础知识——非线性系统特性,大迎角时空气动力特性,大迎角飞行时特殊现象,非线性系统的近似研究方法及其在非线性飞行动力学中的应用.     

浅析动导数对飞机大攻角动态特性的影响

在分析飞机大攻角动态特性时必须考虑非线性空气动力影响,因为大攻角下的空气动力现象比较复杂,难以定量预测。近年来由于对飞行品质要求的提高及扩大飞行包线使用范围的需要,对大攻角的动态特性提出了更高的要求。本文简要介绍了大攻角动态特性、动导数研究方法,并就动导数对大攻角飞行特性的影响作了一些定性分析。     

浅析动导数对飞机大攻角动态性的影响

在分析飞机大攻角动态特性时必须考虑非线性空气动力影响，因为大攻角下的空气动力现象比较复杂，难以定量预测。近年来由于对飞行品质要求的提高及扩大飞行包线使用范围的需要，对大攻角的动态特性提出了更高的要求。本文简要介绍了大攻角动态特性、动导数研究方法，并就动导数对大攻角飞行特性的影响作了一些定性分析。     

高机动性飞机的飞行特性

描述了作战飞机的设计性能和飞行动态特性，简要概括了战斗机构形的发展情况，随之描述了与在大迎角作机动相关的飞机操纵问题，并论述了在将来的设计中所要考虑的特性，以及发展这些特性目前所做的一些研究活动，重点指出了一个１０年当中的需求；（１）对大迎角下包含有分离气流的飞机空气动力特性的预测方法的改进，（２）研制精确的飞行动态模型，以便支持飞机的设计，研制和作战使用。     

迎角限制器对高机动性能飞机的动态特性影响

本文采用了两种不同的飞机动力模型——线性和非线性模型研究了迎角限制器对飞机机动动态特性的影响。研究结果表明,迎角限制器可以有效地改善飞机的稳定特性。有利于充分发挥飞机潜在的机动性能,但同时对空—空跟踪性能也会带来一定的不利影响。     

飞机结冰后非线性气动力建模及动态响应特性研究

当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要.研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力模型的估算方法扩展到非线性气动力模型上,并在结冰后大迎角区域风洞试验数据的基础之上,对失速及过失速区的气动参数变化进行修正.研究了飞机在不同升降舵脉冲信号作用下的动态响应.仿真结果表明,计算结果能够较好地反映飞机在结冰状态下的动力学特性,提出的非线性结冰影响模型能够为结冰条件下研究飞机失速及过失速区域的动力学特性提供理论支撑.     

大迎角耦合运动非定常空气动力特性

采用某飞机大迎角大振幅运动风洞实验结果，分析了大迎角非定常空气动力的一些特性。结果表明，飞机机动飞行时多自由度运动的气动特性比单自由度运动复杂，耦合运动时的气动特性和两个单自由度运动的气动特性的叠加结果相比有一定差别。此外，旋转天平实验结果同本实验的结果相比差别较大。     

民机极限飞行状态的动态气动力试验与建模

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素,飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围,进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。本文开展典型民机布局飞机极限飞行状态的动导数、大振幅试验,对大迎角动态气动力的参数影响规律以及非线性、非定常特性进行分析和建模。结果表明,在飞机失速到过失速区域,飞行姿态快速变化过程中动态气动力的非线性和非定常特征显著;在动导数试验和建模中,考虑运动角速率的影响,可以预示气动力非线性的迎角范围,并捕捉到关于飞机动稳定性演化的关键特征;利用Goman-Khrabrov状态空间模型结合大振幅试验,可以确定模型中表征非定常特征的关键时间常数,获得特定极限飞行状态运动中的非定常动态气动力特性。研究方法和结果为开展民机极限飞行状态的动态气动力风洞试验设计与建模提供了一个可行途径,能改进飞机飞行失控预防、极限状态改出、飞行模拟训练和飞行事故分析等。     

利用大迎角试飞数据辨识飞机气动导数

基于用局部线化代替非线性概念．探索了利用大迎角飞行试验数据辨识飞机空气动力参数问题。在准定常假设条件下，提出了迎角分割算法和时间分割算法，针对歼教七飞机的失速飞行试验数据，用最小二乘回归方法和最大似然法验证了上述大迎角参数辨识的思想，取得了较好的结果，为进一步开展大迎角参数辨识技术的工程应用奠定了基础。     

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...     

机翼摇晃预测与抑制

将分支分析与突变理论方法(BACTM)和模糊逻辑控制(FLC)方法相结合,形成BACTM-FLC方法,实现飞机大迎角下的动力学特性分析和模糊控制律设计一体化。在对某大后掠角三角翼的非线性动力学特性进行预测分析的基础上,设计了模糊控制器抑制机翼摇晃,用BACTM对该模糊控制器的控制效能进行评估分析,并对BACTM的预测与评估结果进行了仿真验证。结果表明,BACTM-FLC方法可以全局性地预测和分析飞机的大迎角非线性动态特性,并对其进行有效控制。     

分叉分析在飞机非线性动力学中的应用

深入研究现代飞机大迎角下的线性动力学特性是当今飞行力学的重要研究内容。综述了非线性动力学系统定性方法中分叉问题的基本概念、数值计算方法和相关软件，重点介绍了分叉分析方法在飞机开环、闭环非线性动力学特性分析和大迎角控制律综合以及分叉控制方面的应用。     

四发螺旋桨动力自由飞模型动力学特性分析

采用自由飞模型研究螺旋桨动力飞机失速特性时,为了模拟螺旋桨动力,必须采用带动力模型,而螺旋桨动态特性会影响自由飞模型的动力学特性。为了提高自由飞模型试验效率,研究了自由飞模型飞行品质以及螺旋桨动态特性对飞行品质的影响,采用静态气动数据,初步预测了模型的大迎角偏离特性。研究结果表明,自由飞模型螺旋模态不稳定,试验中必须设计相应的增稳控制律,螺旋桨拉力动态显著增加了自由飞模型的速度稳定性;迎角大于10°之后,横航向力矩系数非线性明显,12～14°可能出现操纵偏离。     

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。     

尾旋预测中气动参数的拟合研究

针对现代高机动性能飞机大迎角动态特性分析，特别是在飞机尾旋特性分析预测中，需要的大量风洞实验气动力数据，推出采取多元最小二乘拟合法，进行高次多项式非线性拟合的方法，以某飞机旋转天平风洞实验实验气动力数据为例，进行了数据拟合分析，同时，应用拟合结果进行了该飞机的尾旋特性预测，并给出了部分计算结果和飞行试验结果的比较，证明所推出的数据拟合方法及得出的拟合结果，在大迎角研究领域应用中是可靠的。     

基于微分流形理论的飞机纵向动力学边界

在人-机-环系统发生改变时,需要考虑更多具有高度非线性特征的动态因素来估计飞机的动态边界。为此引入了微分流形理论估计飞机动力学边界。首先介绍了微分流形理论的相关概念及计算稳定边界的方法步骤;然后以某型飞机为研究对象,考虑飞机非线性动力学特性建立纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;利用微分流形法刻画飞机动力学边界,并与蒙特卡洛法得到的飞机动力学边界进行对比,验证了微分流形理论确定的飞机动力学边界的准确性;最后分析了可用迎角随俯仰角和俯仰角速度的变化关系。结果表明,俯仰角速度一定时,俯仰角越大,可用迎角越小。研究结果可为飞机的边界保护系统以及控制策略提供一定的参考。     

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。     

大飞机机翼结冰条件下的纵向飞行动力学特性研究

为了研究机翼结冰对飞机气动特性的影响,采用线性化小扰动分析方法和非线性全局稳定性分析方法,对大飞机机翼对称结冰情况下的飞行动力学特性展开了研究。结果表明:机翼结冰主要影响飞机的升阻特性,使得飞机的平衡迎角和需用推力增大、临界迎角和运载能力减小;机翼结冰后,飞机阻尼减小,振荡加剧;同时操纵升降舵和水平安定面,飞机可能出现不稳定情况。研究结果可为不同结冰程度下的操纵策略、飞行安全边界评估、结冰实时探测等工程应用提供理论支持。     

双三角翼俯仰振荡运动的流场特性数值模拟

 建立了适用于双三角翼大迎角非定常分离流场模拟的数值方法,研究双三角翼俯仰振荡时的动态流场特性,给出动态流场结构和气动力性能随迎角的变化规律,重点考察了减缩频率、转轴位置、平均迎角和振幅等参数对动态流场迟滞效应和气动力曲线迟滞环的影响。研究结果表明:俯仰振荡到相同大迎角时上仰和下俯的流场存在明显差异;减缩频率对气动力迟滞效应的影响相对大于转轴位置;平均迎角的变化导致双三角翼背风区流场结构呈现不同流态,而振幅的大小决定这些流态的数目,事实上俯仰运动时如果跨越的流态数目越多则流场结构的动态响应滞后现象就越显著。通过数值分析,有利于提高对双三角翼在俯仰振荡运动条件下的非定常特性和流场滞后效应等非线性现象的认识。     

机翼摇晃运动研究

机翼摇晃运动作为现代高机动性飞机在失速迎角附近飞行时出现的一种现象而受到普遍重视.迄今为止,对机翼摇晃的研究工作一般沿两种途径进行。一种为分析产生机翼摇晃的气流流动机理;另一种根据机翼摇晃时飞机运动的特点进行讨论。本文从飞机六自由度方程入手,建立描述大迎角机动飞行的空气动力模型。在此基础上,按照微分方程定性理论和传播矩阵,研究机翼摇晃的产生原因和飞机运动的特点。结果认为,机翼摇晃是一种非线性系统的Hopf分支现象.对具有中等后掠角机翼的飞机,产生机翼摇晃的主要原因是滚转阻尼力矩随迎角和侧滑角的变化.