基于缩比模型的全尺寸飞机纵向Ⅰ类PIO预测

驾驶员诱发振荡（PIO）对飞机的飞行安全构成严重威胁，在进行全尺寸飞机PIO特性评估飞行试验之前，利用与全尺寸飞机动力学相似的缩比模型进行飞行试验，对全尺寸飞机的PIO特性进行初步评估，可以达到节约试验成本和降低试验风险的目的。针对驾驶杆操纵到指令形成过程中的时间延迟这一因素诱发的纵向Ⅰ类PIO，选取带宽准则和Neal-Smith准则作为评定准则，分析了全尺寸飞机和缩比模型对应PIO评定参数的相似比例关系，并建立了基于缩比模型的全尺寸飞机纵向Ⅰ类PIO预测方法。以某型军用运输机及其缩比模型作为算例飞机进行了仿真验证，验证结果表明:分析得到的相似比例关系是正确的，基于缩比模型试验数据可以较为准确地评估全尺寸飞机的Ⅰ类PIO特性。      

抑制俯仰Ⅱ型PIO的四种滤波器性能比较

FWB、DS、DASA、RLF作为4种成熟、有效的非线性滤波器均用于解决以作动器速率饱和为特征的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO)相位滞后的问题,从而抑制PIO发生.借助描述函数理论,对各滤波器中非线性环节线性化处理,得到4种滤波器拟线性传递函数和相频特性曲线,研究、比较各滤波器在不同参数、不同输入条件下开环相位补偿能力.针对俯仰PIO问题,选取本机动态特性较差、易发生PIO的纵向飞机模型,构建带速率限制作动器的人机闭环系统,通过3个典型的俯仰飞行仿真任务,从抑制作动器速率饱和能力、俯仰响应特性、相位补偿能力、减轻驾驶员操作负担4个方面全面比较各滤波器性能.实验表明:DASA滤波在抑制PIO、改善飞机俯仰响应特性方面相对较优.实验结果为滤波器设计、俯仰PIO抑制的相关研究提供有益参考.      

遥控模式下无人机系统纵向飞行品质评定

建立了无人机系统模型,根据通信数据链存在时延、无人机飞行员不能直接感受到无人机的过载信息等特点,参照有人驾驶飞机飞行品质准则,提出了遥控模式下无人机系统纵向飞行品质的评定方法.对某算例无人机系统的纵向短周期飞行品质及驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot-induced Oscillations)趋势进行了评定及分析.结果表明:通信数据链对无人机系统的短周期频率、阻尼等特性的影响较小;但是,无人机飞行员在地面控制站遥控操纵无人机时,通信数据链时延会增加无人机系统的延迟时间,导致闭环操纵的短周期飞行品质发生降级,并具有PIO倾向;为避免发生PIO,应避免无人机在遥控模式下执行快速机动飞行任务.     

用同一理论预测飞机飞行品质和PIO敏感性

用同一理论来预测评价飞机飞行品质和驾驶员诱发振荡(PIO)是最近提出的一种方法.它是基于改良的补偿驾驶员结构模型和提出一套确定其模型参数的方法,并用驾驶员感受反馈信号的功率谱来衡量飞行品质和PIO.同一理论既适用人-机线性系统,也适用非线性系统.针对某电传操纵飞机,用同一理论进行分析,其结果与其它准则作了对比,最后并分析了速率限制环节、延迟环节等的影响.      

考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域

针对作动器速率饱和引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战机飞行安全的问题,研究了计及作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域.建立了考虑作动器速率饱和的人机闭环系统非线性模型,引入增广状态变量以及饱和度函数处理速率饱和环节,应用椭球体不变集估计人机闭环系统的稳定域,得到了稳定域估计的一般算法.通过时域仿真研究了所估计的稳定域的保守性,研究了驾驶员操纵增益以及作动器速率饱和值对稳定域的影响.结果表明:稳定域法物理意义清晰、结果直观,可用于人机闭环系统稳定性的评估.研究结果可为先进战机飞行控制系统的设计提供理论依据.     

积冰对飞机纵向操稳特性的量化影响

提出了一种根据气象条件、飞机特征、飞行条件预测积冰对飞机飞行动力学特性影响的估算方法.采用热力学平衡分析方法完成了积冰增长过程的数学描述,利用逐步线性回归方法建立了结冰飞机的气动模型,计算得到了结冰飞机的气动参数,计算结果与试验结果吻合较好,表明这种方法具有一定的工程实用性.并在此基础上研究了不同部位积冰对飞机纵向操稳特性的影响,通过数值仿真计算得出,结冰飞机气动特性的急剧恶化会导致其纵向操稳特性显著降低,严重时会危及其飞行安全.      

基于任务的飞机大迎角飞行品质评定准则

针对现代战斗机大迎角飞行品质缺少量化评定准则的问题,在常规飞行品质评定准则的基础上,采用基于任务的飞行品质评定方法,通过主观评估和客观评估,对多个具有不同电传操纵特性的飞机进行飞行品质评定,由此建立了定量的横向和纵向的大迎角飞行品质评定准则.将所得到的基于任务的大迎角飞行品质评定准则与常规飞行品质评定准则对比,结果表明:具有更大阻尼比和更大短周期操纵期望参数,在横向具有更大滚转模态时间常数的飞机,其大迎角飞行品质等级更优.建立的这一准则更适用于战斗机大迎角飞行的飞行品质评定研究,并可作为现代战斗机的设计标准.      

Neal-Smith时域PIO预测准则及应用

基于Neal-Smith频域准则,Neal-Smith时域准则(TDNS, Time Domain Neal-Smith criterion)是另一重要的固定翼飞机驾驶员诱发振荡(简称PIO)预测准则,其无需对人机系统的非线性进行任何假设和简化.以某机型为模型,采用TDNS,通过俯仰角闭环操纵误差信号与目标捕获时间之间的关系来同时预测I、II型驾驶员诱发振荡,同时分析了不同速率限制环节对预测结果的影响,基于误差信号的均方差及其二次偏导数,得到了TDNS准则一般计算方法及各个影响因素的关系.结果表明,TDNS准则的计算方法可行、直观、高效.     

电传飞机人机闭环系统的诱发振荡

 具有潜在危险、突发性的,可能导致飞行失控的严重人机闭环诱发振荡(PIO——Pilot Induced Oscillation)是电传飞机发展阶段频频发生飞行事故的首要原因.迫使人们去研究它产生的飞行动力学机理;查明引发它的飞行控制系统设计缺陷,寻找防范严重PIO的设计方法、工具和工作流程…….电传飞机的PIO事故,实际上在世界范围内推动了对人机耦合问题的新一轮的再认识,其中包括提出更确切的定义;提出更全面的多种分类方法;开发更有效的,考虑非线性因素、能辨识严重PIO振荡趋势的评估准则.     

农林飞机近地作业飞行的纵向稳定特性

分析了农林飞机近地作业飞行的纵向气动力特性,讨论了存在地面效应时的纵向静稳定性准则及主要气动导数对静稳定性的影响;根据地效区内飞机的五阶小扰动运动线化方程,计算了农林飞机近地作业飞行的模态特性,并运用特征矢量研究了各模态中起主要作用的运动变量;利用Routh判据对农林飞机近地作业飞行的纵向动稳定性进行了分析,通过简化推导了存在地面效应时保证飞机动稳定性其重心的位置要求.研究结果表明,农林飞机近地作业飞行时地面效应对其纵向气动特性及稳定性的影响不可忽略.      

Estimation method of domestic advanced fighter＇s fly-away cost

由于年代上的差别、技术水平的提高和国内外研发体制的不同,国外已有的成熟估算模型不能直接用于国内先进战斗机（三代以上的战斗机）的出厂费用估算.针对这种问题,研究了国内外军工体制的差异、先进战斗机的新技术特征和研制过程的新特点对费用产生的影响,将研制体制、引进仿制、航电技术升级、改进改型和研制周期拖延5种因素考虑到费用计算当中.根据战斗机出厂费用数据统计,以Burns估算模型为基础,引入了相关的＂费用因子＂,采用比例缩放、最小误差等方法,建立了一种国内先进战斗机出厂费用估算的新模型.以国外先进战斗机和国内三型战斗机作为算例,验证了新模型的有效性和实用性.     

我国先进战机出厂费用的预估方法

由于年代上的差别、技术水平的提高和国内外研发体制的不同,国外已有的成熟估算模型不能直接用于国内先进战斗机(三代以上的战斗机)的出厂费用估算.针对这种问题,研究了国内外军工体制的差异、先进战斗机的新技术特征和研制过程的新特点对费用产生的影响,将研制体制、引进仿制、航电技术升级、改进改型和研制周期拖延5种因素考虑到费用计算当中.根据战斗机出厂费用数据统计,以Burns估算模型为基础,引入了相关的"费用因子",采用比例缩放、最小误差等方法,建立了一种国内先进战斗机出厂费用估算的新模型.以国外先进战斗机和国内三型战斗机作为算例,验证了新模型的有效性和实用性.     

无人战斗机实时数据处理延迟模型研究

无人战斗机日益成为航空界研究发展的方向和目标,其有效性和先进性取决于其实时管理和控制所采用的方法.通过分析无人战斗机系统数据处理的闭环回路过程,提出了无人战斗机实时任务规划和控制的通讯延迟模型,并将模型用在无人战斗机实时任务规划系统中.仿真结果表明:延迟模型可以为无人战斗机的姿态和位置等飞行状态提供有效的预测和补偿.      

双通道人-机控制系统中的驾驶员模型识别

针对驾驶员完成飞机纵向速度和俯仰角的跟踪任务,对双通道人-机系统中驾驶员描述函数的识别方法进行了系统的研究.通过驾驶员描述函数识别结果和线性相关性分析,提出了一种双通道控制时驾驶员描述函数识别的简化方法.将双通道人-机系统近似分解成两个单通道系统,并从理论和实验两方面验证了这种近似方法的可行性.该方法对双通道人-机控制系统中驾驶员模型建模技术以及用于人机系统的分析具有实用价值．     

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.      

一种预测驾驶员操纵行为的建模方法

在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一.驾驶员神经网络模型是利用飞行模拟实验数据建立的驾驶员模型.基于该模型,针对纵向单通道俯仰跟踪任务,详细讨论了具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机构型的驾驶员操纵行为变化规律.研究结果表明:对于特性相似的飞机构型,其驾驶员操纵特性也相似.因此,提出了一种利用相似构型的驾驶员操纵行为特性建立驾驶员预测模型的方法.通过对预测模型进行精度评价,可以证明采用本方法能够获得比较满意的驾驶员操纵行为特性预测结果.     

基于CFD的水收集系数及防冰表面温度预测

利用计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT,对二维机翼在结冰气象条件下飞行时的水收集系数,以及防冰系统工作并达到稳定后的防冰表面温度进行了计算.水收集系数计算采用FLUENT中的欧拉两相流模型以及用户自定义函数.特定飞行条件及热气防冰系统结构下的防冰表面平衡温度分布预测采用防冰腔内外热流耦合的方法.所得结果和理论分析一致,表明了利用FLUENT可以有效的进行防冰研究,包括水收集系数及防冰表面温度的预测,为今后进一步研究设计热气或电热防冰系统打下基础.      

战斗机地面停放时飞行员综合热应激预测模型

预测夏季战斗机地面停放时飞行员的热应激,以提高航卫等有关人员对飞行员受高温影响的认识,并为采取必要的防护措施提供依据.首先由气象条件估算战斗机座舱内热环境参数,分析穿着夏季飞行基础服装时飞行员在座舱热环境中的热调节过程,模拟飞行员热生理指标变化情况,从而预测飞行员的热应激水平.编制了飞行员穿夏季基础着装在座舱中的热分析软件,给出了热应激预测结果,经高温舱试验验证,人体平均皮肤温度、核心温度及平均体温增值计算与试验结果变化趋势相同,且量值接近,热应激预警结果一致.综合热应激指数模型预测与试验结果对比偏差均小于20%,预测模型合理可靠,能满足使用要求.      

教练机训练效能计算方法改进

教练机训练效能对飞行学员掌握飞行技能和战术水平有重要作用,量化评估教练机训练效能是优化训练体制和评估飞行训练大纲的前提.典型的教练机训练效能计算模型对飞机的航空电子系统、操纵系统考虑不足,对飞行参数选择有局限性.利用层次分析法原理改进的教练机训练效能评估模型弥补了这些不足,同时对飞行科目权重给出了新的选择方法.改进模型能够很好地适应第三代战斗机飞行员训练效能评估,为现代飞行训练大纲和飞行训练体制评估提供了基础,算例结果证明改进模型更为合理可行.      

单旋翼直升机气动布局对飞行性能的影响

为研究单旋翼直升机气动布局对直升机飞行性能的影响,以直升机飞行动力学模型为基础,在原始气动布局下分别对平飞、爬升与下滑和稳定协调转弯情况下的旋翼需用功率进行了配平,并计算了飞行性能指标,计算结果与参考数据吻合较好,证明模型可用.以UH-60A直升机为例,研究了不同气动布局参数下的直升机飞行性能,结果表明, 在变化范围内,旋翼位置参数对前飞和垂直飞行性能影响都很大,减小旋翼纵向距离有利于提高飞行性能,尾桨倾斜角在悬停和小速度情况下对飞行性能影响较大,平尾水平位置的后移有助于提升最大飞行速度.