民机起飞爬升梯度适航符合性数学仿真评估

民机起飞过程中沿起飞航迹各点的爬升梯度反映了飞机超越地面障碍达到安全飞行高度的能力。针对适航条款对于起飞程序和爬升性能的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的单发停车起飞爬升梯度适航符合性评估方法。建立了飞机本体动力学模型、起落架运动模型和驾驶员操纵模型,提出了适航符合性评估指标,并设计了飞机单发停车起飞的仿真任务和驾驶员操纵程序。通过闭环数字飞行仿真完成了不同验证状态点的爬升梯度评估。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞机起飞重量的确定与单发失效爬升性能的试飞验证等提供理论参考。      

结冰飞机非线性稳定域确定及安全操纵方法

结冰会恶化飞机的动力学特性,造成飞行包线收缩,威胁飞行安全,研究结冰后飞机的非线性稳定域变化对于驾驶员操纵应对策略设计以及飞行安全的提高具有重要意义。以NASA的GTM为案例飞机,首先对飞机气动参数进行多项式拟合,同时结合结冰因子模型,建立了飞机在结冰条件下的纵向通道动力学模型;然后通过分岔分析方法对飞机在不同程度结冰条件和操纵指令下的飞行状态变化进行了研究,并将其用于指导驾驶员操纵,同时考虑到分岔分析方法的局限性,利用微分流形理论确定了飞行系统的非线性稳定域,并将其作为飞行安全边界;最后针对结冰情形,提出将分岔分析方法与微分流形理论相结合共同用于操纵指导,并进行了操纵时域验证。研究结果表明,结冰会使安全边界收缩,在小扰动的作用下都可能使飞行状态超出安全边界。随着结冰程度增加,飞机的稳定性质甚至会发生变化,此时飞行状态将很难维持在原有的安全边界以内,提出了通过指导驾驶员操纵指令变化使飞行状态到达新的安全边界。研究结果对于飞行安全操纵及边界保护都具有一定的指导意义。      

飞机机翼故障的动态飞行包线估算方法

进行机翼故障情况下的飞行包线估算可为驾驶员正确操纵和包线保护控制提供必要的信息.考虑到飞机机翼故障的动力学特点,提出一种动态飞行包线估算方法.建立故障参数模型,应用最小二乘辨识算法进行气动参数辨识与故障诊断;基于参数辨识结果估算飞行包线;根据故障特点,分别对系统进行配平计算,在每个配平点建立飞行包线数据库,根据故障诊断结果实时调用包线库中的数据,形成当前时刻的飞行包线.     

基于数字虚拟飞行的民机复飞爬升梯度评估

飞机的爬升梯度反映了其越过地面障碍达到安全高度的能力,为保障民机复飞时的飞行安全,适航条款规定复飞爬升梯度应满足一定的数值要求。根据适航条款对民机复飞程序和复飞爬升梯度的规定,提出了一种基于数字虚拟飞行的复飞爬升梯度适航符合性评估方法。基于适航条款规定和驾驶员操纵特点,建立了复飞任务的数字化模型和驾驶员操纵模型,进而以中国某型涡喷支线客机为对象建立飞行动力学模型,构成了可进行复飞爬升任务仿真的数字虚拟飞行仿真系统。通过仿真计算完成了对着陆爬升和进场爬升的爬升梯度评估,并与真实试飞结果对比,评估相对误差在10%以内,验证了本文方法的适用性和准确性。本文方法可应用于民机的概念方案设计,为保证飞机复飞爬升性能的适航符合性和最大着陆重量的确定等提供支持。     

民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估

针对适航标准对民机横航向静稳定性的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的适航符合性评估方法。根据适航条款的要求提出了量化评估指标,建立了飞机系统模型和驾驶员操纵模型,以实现定常直线侧滑飞行等的特定飞行任务的人机闭环数学仿真,并依据数学仿真结果和评估指标对飞机的横航向静稳定性做出评估。运用此方法完成了某型民机设计方案的适航符合性评估,并较准确地确定了飞机横航向2个静稳定导数的合理取值范围。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞行试验提供理论参考。     

关于一种人-机闭环品质评价方法的分析

运用结构驾驶员模型研究人-机闭环系统,根据Hess建立的衡量任务完成难易程度的模型和驾驶员的评价函数,拟定了飞行品质的计算方法.针对2个被控对象模型进行了飞行品质的计算.分析了驾驶员剩余、系统输入、大气紊流以及驾驶员模型参数变化对驾驶员评价品质的影响,以便更透彻理解和揭示Hess提出的操纵品质评价指标的内涵,这对飞机设计应用具有实际意义.      

不确定条件下航空不安全事件灵敏度分析的Monte-Carlo方法

为解决不确定条件下航空不安全事件灵敏度分析的难题，基于Bow-tie模型提出了多模式下航空安全性指标及其灵敏度测度，以轮胎爆破事件为例，采用Monte-Carlo方法计算得到安全性指标、基本事件的全局灵敏度及其分布参数的局部灵敏度。根据轮胎爆破事件仿真结果，两类灵敏度指标均随着飞行时间的增加而发生变化，尤其是在500~600 h时变化最为显著，但灵敏度重要性排序保持不变；基本事件类型是影响灵敏度的一个主要因素，电子类基本事件灵敏度测度远远小于机械类基本事件；同类型基本事件中，平均故障间隔时间不是主导因素，灵敏度大小还与失效传递的逻辑关系密切相关。算例结果表明:航空安全水平随着飞行时间逐步下降，应重点关注飞行时间为500~600 h时航空组件失效导致事故发生的可能性；航空组件的灵敏度重要性不会随着飞行时间变化，提高灵敏度较高的基本事件的可靠性水平是防范航空事故的关键。      

空天飞行器多源容错鲁棒组合导航系统设计

空天飞行器具有机动灵活、高速飞行和实时打击等特点,为保证空天飞行器在各种复杂飞行工况下导航系统的精度、可靠性与鲁棒性,构建了包含惯性导航、卫星导航与天文导航的多源容错鲁棒组合导航系统。针对空间复杂电磁环境造成的在非线性系统中量测噪声非高斯分布的问题,设计了一种基于Huber定则的鲁棒多传感器信息融合方法;针对高动态与GNSS信号受干扰与欺骗等情况下,卫导信号异常、失锁与星图拖尾等工况,设计了故障诊断与滤波器重构策略。仿真验证表明,所设计的多源容错鲁棒组合导航在复杂动态下能够有效提高导航系统的导航精度与容错能力,为空天飞行器导航系统设计提供了有效参考。     

考虑安全性的BWB民机飞行控制系统设计

翼身融合（BWB）飞行器满足未来民用航空经济、绿色、低碳的运行需求,是重要的发展方向。针对BWB飞行器的飞行控制系统,对其安全性与系统设计进行了研究。给出基于系统理论的事故模型及过程,与相应的安全性分析,重点对BWB飞行器飞行控制系统内的复杂逻辑关系、不安全控制动作、危害致因进行分析;进行切换系统设计,给出低可靠先进系统和高可靠备用系统的设计过程,并分析切换逻辑;基于设计进行仿真验证。研究结果表明：系统理论过程分析方法能够支持BWB飞行器飞行控制系统复杂逻辑关系的安全隐患分析,同时所设计的飞行控制系统具有一定的安全性与实用性。     

基于SimMechanics的飞行员操作仿真

利用中国男性飞行员人体尺寸和中国成年人人体测量数据,建立飞行员上肢的刚体模型.参考GJB飞机座舱布局和HB飞行品质规范要求,运用Matlab运动仿真模块SimMechannics对飞行员推杆和拉杆操作进行动力学仿真.在给定末端运动规律和负荷水平时,通过仿真可获得上肢各关节力矩,根据舒适性准则可求解上肢的三维舒适操作域.仿真结果表明负荷水平相同时推、拉杆操纵的舒适域并不相同,舒适操作范围大小与操作特征相关,在进行飞行员的工效分析和座舱的优化布局时必须根据操作特征具体分析.     

美国高轨天基态势感知技术发展与启示

太空是国家新边疆，太空活动是国家意志和战略意图的重要体现，是国家利益拓展的重要保障，太空安全已成为国家安全的重要组成部分.经略太空感知先行，空间态势感知是指获取和认知空间态势信息，包括空间目标监视和空间环境监测，是进一步开展空间操控和空间对抗的基础.本文首先梳理了美国空间态势感知领域相关条令的发展历程，介绍了美国高轨领域几个典型态势感知项目的实施情况，总结了其中4项关键技术，包括进入空间、自主运行、交会对接导航与控制和多角度立体成像技术.最后，本文从太空态势感知体系建立、天基自主感知系统、发展空间攻防对抗能力几个方面给出了发展建议.     

尾流飞行风险概率拓扑图的构建方法

考虑尾流遭遇情形下的不确定性与随机性因素,利用蒙特卡洛法对三维空间内的每个尾流遭遇点进行大数据量的仿真实验,提取了尾流遭遇情形下的三维极值参数,验证了一维的极值参数符合广义极值（GEV）分布;提出了三维极值参数的四参数变权重Copula（FPAVW Copula）模型,拟合优度检验的结果表明FPAVW Copula具有比其他Copula更高的精度;利用FPAVW Copula对尾流场内每个网格采样点上的三维极值参数进行了辨识,计算出了尾流空间的风险概率指标分布情况;在此基础上对尾流风险概率拓扑在不同发展阶段的结构特征进行了分析,构建了可视化的二维及三维风险概率结构图,可用来研究尾流场内的风险规避策略及算法.所提方法及思路亦可对其他内外部环境因素影响下的飞行风险概率评估及拓扑结构可视化等热点研究方向提供参考.     

数字空间站动力学与控制仿真建模与飞控应用

数字空间站作为真实空间站的数字化映像，将能源、信息、环热控、动力学与控制等多专业模型进行综合集成，建立舱段级、整站级多学科仿真系统，为空间站长期飞控任务提供技术支持.基于Modelica建模语言，结合采用FMI接口标准，完成了数字空间站动力学与控制仿真模型的集成，并成功在空间站飞控中进行了应用.     

直升机飞行数值仿真中尾桨动力学模型探讨

针对常规单旋翼带尾桨直升机,通过对尾桨挥舞运动方程,尾桨动力入流模型,旋翼和机身在尾桨处侧沅的分析与计算,探讨尾桨动力学模型中不同因素对于直升机整机直线飞行状态的配平和驾驶员纵输入动态响应数值仿真精度的影响程度,为不同目的飞行数据仿真中尾桨动力学模型选取提供参考,本文以ＵＨ－６０Ａ直升机的算例进行了对比分析。     

Space Environment Prediction for SZ-4 and SZ-5

The Space Environment Prediction Center (SEPC) of the Center for Space Science and Applied Research of the Chinese Academy of Sciences (CSSAR, CAS)took on the mission of offering the space environment parameters which may be of use to the safety of manned spacecraft. In order to complete the space environment safety guarantee mission for SZ-4 and SZ-5, SEPC improved the space environment monitoring system, database system, prediction result display system, prediction implementation system, etc. For guaranteeing the safety of the airship and cosmonaut in the first manned SZ-5, flying experiment mission,SEPC developed the software for analyzing radiation dose and early-warning software for large debris collision with SZ-5. Three months before the flights of SZ-4 and SZ-5, SEPC began to predict the safe launch period in view of the space environment, and offered timely and valid reference opinions for selecting the safety period. Especially during the mission of SZ-5, SEPC analyzed the space high-energy environment in a pre-arranged orbit and abnormal orbit andevaluated the radiation dose which cosmonauts may encounter in space. The evaluation offered an important reference for cosmonaut safety and decisionmaking in the SZ-5 mission. The calculation of the distribution of large debris and the collision risk assessment at different orbit entry times for SZ-5 provided an important base for the superior department to make flight decisions.