超低空重装空投中货物运动对飞机的影响分析

为了明确在超低空重装空投过程中的货物运动对飞机的影响,构建了货物运动对飞机的影响模型,并通过实例对货物运动状态以及飞机相应的影响程度进行计算分析,拟合出货物运动状态和飞机三个方向上的受力状态、力矩以及重心偏移量随时间的变化曲线,实现了货物运动过程对飞机影响的可视化。该模型为飞机在超低空重装空投中飞机姿态调整提供了重要依据和帮助。     

飞机外挂物投放安全性的参数影响分析

研究了飞机在不同飞行高度、速度和姿态下,不同外挂物质量对投放安全性的影响。采用CFD方法计算外挂物所受气动力,通过六自由度刚体动力学方程计算外挂物的投放轨迹和姿态变化。准定常方法在计算外挂物下落轨迹的每个步长内,认为外挂物和载机都处在定常流场中,载机在投放过程中保持原有运动状态。通过算例给出了典型外挂物在不同速度、高度、姿态下投放的运动轨迹,分析了对安全投放有重要影响的因素,提出了减少外挂物投放风险的建议。     

基于视觉的空投系统姿态获取及解算技术研究

空降空投技术是空军装备发展的基础,为使远距离投放的空降装备平稳着陆,需获取货台模块的姿态数据,以实时调整降落姿态避免着陆侧翻事故。本文设计开发了一种基于视觉的方法来解算空投货台姿态,以准确地估计空投货台在空投降落过程中的姿态。空投系统的降落距离分为远地160m和近地20m两个阶段。设计了不同尺度的标志作为不同降落阶段的视觉参考,有效地提高了空投货台的自主降落高度。当空投货台初始降落高度为160m时,利用合作目标的固有几何性质识别环境中的整体合作目标;当到达近地面20m时,利用Hu不变矩作为地面辅助特征筛选出中心合作目标,最后利用单应性对空投货台的运动进行估计。该算法有效地提高了空投货台姿态解算技术的准确性、实时性和鲁棒性,也满足了空投货台实时姿态精确计算的要求。试验结果表明了基于视觉的空投货台姿态解算技术的意义和可行性,具有较好的应用前景。     

货台空投系统出舱过程研究

研究了空投系统的出舱阶段中货台与地板接触模型,采用动力学分析方法建立了统一的出舱运动模型.根据试验设计条件开展系统仿真计算,结果与试验数据基本一致.探讨了货台离机过程对离机后俯仰姿态的影响.使用离机时间评价出舱过程对货台空投精确度的影响,得到了无量纲离机时间的简化算法以方便工程应用;引入了安全距离参数来评价出舱过程安全性,分析了牵引比、质心位置系数和空投时飞机姿态与离机时间和安全距离的关系,为空投系统中货台布局和牵引伞设计等提供了参考依据.     

重装牵引空投中牵引伞运动状态分析

为了明确牵引伞投放后到货物开锁运动这一过程的变化状态,通过对牵引伞运动状态进行分析,建立牵引伞运动轨迹模型,引入实例对牵引伞随时间变化的运动状态进行计算,并根据计算数据拟合出牵引伞随时间的运动轨迹曲线,实现了牵引伞运动轨迹的可视化。该计算模型为牵引空投中牵引伞投放位置控制以及飞机姿态调整提供了参考。     

采用流动控制的超声速内埋物投放特性研究

针对马赫数Ma3飞行状态下的内埋物安全投放难题,提出了两种适用于非平坦舱体外形的超声速内埋物投放分离过程的流动控制方法:第一种方法采用了圆棒扰流器,第二种方法采用气帘喷流。为了验证两种不同流动控制方法的效果,引入结构嵌套六自由度动态网格技术和基于k-ω湍流模型的Navier-Stokes方程计算,对包括重力投放、弹射投放、采用圆棒扰流器的重力投放和采用气帘的重力投放等4种不同的投放分离状态进行了动态全过程的计算对比分析。通过对仿真计算结果分析发现,当来流马赫数Ma∞3时,采用流动控制的投放物分离运动特性产生了明显的变化。由投放物下落过程中的俯仰偏航特性可以得出:采用圆棒流动控制有利于安全分离;气帘流动控制具有应用潜力,但采用这种方法需要针对特定的投放条件进行优化,否则可能诱发投放物在俯仰方向的姿态发散。     

运输机空投的飞行动力学建模及仿真

针对现代大飞机双列式空投及重型空投的发展现状,建立了全量模型研究空投过程中飞机动态特性问题。考虑空投过程中货物与飞机之间的运动耦合及货物非对称布局的影响,分别选取货物、全机作为独立实体,在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导空投过程中货物和全机的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了飞机与货物运动耦合的影响及双列投放时的飞行特性,验证了模型的合理性。     

重装空投中连投模式对飞机的影响分析

为获取在重装连投中因货物连续出舱运动而对飞机状态的影响,设计了连投模式对飞机影响的分析模型,并通过实例计算分析了连投模式对空投物运动状态以及飞机的影响程度,拟合出货物运动状态和飞机三个方向上的受力状态、力矩以及重心偏移量随时间的变化曲线,实现了货物运动过程对飞机影响的可视化。该模型在重装连投中为飞机姿态控制提供了帮助。     

重型货物空投系统过程仿真及特性分析

建立了货物空投系统仿真计算模型,包括货台在舱内和舱外全过程的运动特性、降落伞拉直和充气过程的轨迹特性计算等,提出了伞群模拟和多吊带系统分析的新方法。结合目前已有的降落伞性能计算模型和物伞系统运动模型,对重型货物空投全过程进行了完整计算,开发了空投过程三维动画仿真软件,通过与试验数据的对比,表明本模型能很好地满足应用的需要。分析了空投速度、伞包安装位置和牵引比等因素对空投过程的影响,指出了实际系统的改进方向。     

飞机发射及投放外挂物过程的数值模拟系统——China-SSP(2)

我国自行研制的飞机纵向飞行外挂物发射及投放过程的数值模拟系统主要由3个独立的子系统和总控程序组成,各个子系统在总控程序的控制下协调地反复加载运行。各个子系统之间的数据通过数据文件传输。此外,还配有前、后置处理功能,可提供数据、曲线、屏幕动态显示等。AERA子系统采用面元法计算飞机的气动特性及外挂物所在处的非均匀流场。AERS子系统采用面元法与工程估算相结合计算非均匀流场中外挂物的气动特性。FLIM子系统计算外挂物分离前的平衡条件及飞机和外挂物的轨迹、姿态(包括它们之间的相对轨迹和姿态),并进行安全性判断。整个…     

运输机空投舱内压力动态变化数值模拟研究

运输机重装空投时,机舱横截面方向堵塞度较大,快速移动的空投物会造成舱内压力剧烈变化,甚至损害舱内乘员的身体健康,因此,有必要对运输机空投舱内压力的变化展开数值模拟研究。以运输机机舱内大型货箱在牵引伞拉力、重力、摩擦力以及气动力共同作用下 x 方向的变加速直线运动这一流固耦合问题为研究对象,基于运动嵌套重叠网格,对运输机重装空投前舱动态压力变化进行数值模拟,分析模型尺寸、来流速度、机舱堵塞度、投放位置等参数对舱内动态压力的影响规律,进而提出运输机重装空投风洞试验时与舱内压力相关的相似准则。结果表明：运输机执行重装空投任务时,空投物距离前舱位置越近,来流速度越大,堵塞度越大,空投时前舱动态压力变化越大,反之越小;风洞试验时,用空投前前舱压力值为参考量的舱内无量纲数是最准确、合适的舱内压力相似准则。     

一种适用于进近尾流间隔缩减的机型聚类方法

目前,我国广泛使用的尾流间隔标准过于保守,导致机场跑道容量受限。以进近航空器的尾流遭遇问题为研究对象,首先研究进近尾流安全间隔缩减方法,获取缩减后的临界尾流间隔;然后基于主成分分析法（PCA）对 BADA 数据库中的航空器性能数据降维,提出一种适用于进近尾流间隔缩减的机型层次聚类方法;最后采用该方法得到新的机型分类结果并构建缩减后的尾流安全间隔标准。结果表明：本文所使用的机型层次聚类方法与国内外航空器分类方法具有较好的一致性,在长沙黄花国际机场的主流配对机型间,所获取的进近航空器尾流间隔标准与传统尾流间隔标准相比可以缩减 0.8 km 以上。     

运输机空投货物建模与任务性能影响因素研究

针对当前运输机空投货物模型可拓展性不强的问题,提出了分离体的建模方法。在无需分析货物与飞机整体质心变化的情况下,分别以货物和飞机为对象进行受力分析,推导了货物与飞机之间的相互作用力,建立了更加贴近实际的运输机单件货物空投和连续空投的动力学模型。最后,通过数值仿真,分析了飞行速度和牵引伞牵引比对空投任务性能的影响。结果表明,飞行速度和牵引比越大,飞机在货物干扰作用下的状态变化量越小。     

Dynamics modeling and control of a transport aircraft for ultra-low altitude airdrop

The nonlinear aircraft model with heavy cargo moving inside is derived by using the separation body method, which can describe the influence of the moving cargo on the aircraft attitude and altitude accurately. Furthermore, the nonlinear system is decoupled and linearized through the input–output feedback linearization method. On this basis, an iterative quasi-sliding mode(SM)flight controller for speed and pitch angle control is proposed. At the first-level SM, a global dynamic switching function is introduced thus eliminating the reaching phase of the sliding motion.At the second-level SM, a nonlinear function with the property of ‘‘smaller errors correspond to bigger gains and bigger errors correspond to saturated gains' ' is designed to form an integral sliding manifold, and the overcompensation of the integral term to big errors is weakened. Lyapunovbased analysis shows that the controller with strong robustness can reject both constant and time-varying model uncertainties. The performance of the proposed control strategy is verified in a maximum load airdrop mission.     

直升机重装空投状态下的动态特性

为了研究直升机在重装空投过程中货物的运动对直升机姿态角的影响,首先建立了直升机CH-53D的动力学模型,并通过模型仿真结果和直升机飞行实验数据的对比验证了的直升机动力学模型的合理性。然后在直升机动力学模型的基础上,采用分离法建立了直升机重装空投两个阶段的动力学模型,并进行了直升机在悬停和前飞两种空投状态下的配平仿真。结果表明:相较于悬停状态空投,前飞状态空投具有更好姿态保持能力,主要表现在前飞状态下空投只会对直升机的纵向姿态角产生影响,而在悬停状态下空投对直升机的纵横向姿态角都会产生较大的影响。      

Safety modeling and simulation of multi-factor coupling heavy-equipment airdrop

Heavy-equipment airdrop is a highly risky procedure that has a complicated system due to the secluded and complex nature of factors＇ coupling. As a result, it is difficult to study the modeling and safety simulation of this system. The dynamic model of the heavy-equipment airdrop is based on the Lagrange analytical mechanics, which has all the degrees of freedom and can accurately pinpoint the real-time coordinates and attitude of the carrier with its cargo. Unfavorable conditions accounted in the factors＇ models, including aircraft malfunctions and adverse environments, are established from a man-machine-environment perspective. Subsequently, a virtual simulation system for the safety research of the multi-factor coupling heavy-equipment airdrop is developed through MATLAB/Simulink, C language and Flightgear software. To verify the veracity of the theory, the verification model is built based on dynamic software ADAMS. Finally, the emulation is put to the test with the input of realistic accident variables to ascertain its feasibility and validity of this method.     

一种便携式机载数据采集设备遥测检测仪设计与实现

飞机外场试验和飞行训练的需求使得采集系统成为飞机的重要设备。为检测外场环境下某型飞机上 的采集系统的工作状态,本文以便携式计算机为硬件基础,以Qt 为软件平台,针对某型采集系统设计了地面 遥测检测专用设备,实现了多类数据的实时解析。检测结果表明,该设备具有数据处理能力强、安全可靠性好、 易维护等优点,能够为某型飞机上的某型采集系统检测提供工程保障。     

RECAT间隔标准的差异性对比与计算分析

尾流是影响机场容量的重要因素之一,在保证安全前提下缩减尾流间隔能增加机场繁忙时刻航空器进离场架次,进而提高机场容量.美国和欧洲提出尾流标准重新分类(RECAT)概念,并在一些机场试运行,取得良好效果.基于国内某机场一周内航空器起降机型架次,将其重新分类,对比在现行ICAO和RECAT标准下的加权尾流间隔,证明在RECAT标准下尾流间隔将会缩减.通过改变不同航空器机型占比,分析机场容量变化,得出机场容量随航空器占比变化明显,对空管安全运行和机场及跑道运行效率提高具有实际参考价值.     

Detection of obstacles in the flight path of an aircraft

The National Aeronautics and Space Administration (NASA), along with members of the aircraft industry, recently developed technologies for a new supersonic aircraft. One of the technological areas considered for this aircraft is the use of video cameras and image-processing equipment to aid the pilot in detecting other aircraft in the sky. The detection techniques should provide high detection probability for obstacles that can vary from subpixel to a few pixels in size, while maintaining a low false alarm probability in the presence of noise and severe background clutter. Furthermore, the detection algorithms must be able to report such obstacles in a timely fashion, imposing severe constraints on their execution time. Approaches are described here to detect airborne obstacles on collision course and crossing trajectories in video images captured from an airborne aircraft. In both cases the approaches consist of an image-processing stage to identify possible obstacles followed by a tracking stage to distinguish between true obstacles and image clutter, based on their behavior. For collision course object detection, the image-processing stage uses morphological filter to remove large-sized clutter. To remove the remaining small-sized clutter, differences in the behavior of image translation and expansion of the corresponding features is used in the tracking stage. For crossing object detection, the image-processing stage uses low-stop filter and image differencing to separate stationary background clutter. The remaining clutter is removed in the tracking stage by assuming that the genuine object has a large signal strength, as well as a significant and consistent motion over a number of frames. The crossing object detection algorithm was implemented on a pipelined architecture from DataCube and runs in real time. Both algorithms have been successfully tested on flight tests conducted by NASA.