直升机单发失效后自转着陆轨迹优化

建立了直升机单发失效后增广的纵向三维刚体飞行动力学模型,通过选择合适的目标函数、路径约束和边界约束,将自转着陆问题表示成非线性最优控制问题,使用非线性规划方法求解得到自转着陆的最优轨迹和操纵.以UH-60直升机为例,首先计算了自转着陆距离最短的最优解,并与二维点质量模型进行对比.结果表明三维刚体模型在旋翼转速、旋翼拉力...     

变转速旋翼直升机单发失效低速回避区分析

利用最优控制方法研究变转速旋翼直升机在遭遇单发失效时,旋翼转速对自转着陆低速回避区的影响。首先,以UH-60A直升机为样机,建立三维刚体飞行动力学模型,并分析低速范围内旋翼转速对直升机需用功率的影响。然后,在模型中加入单发失效后自转着陆阶段发动机输出功率以及旋翼转速变化方程,并利用直接多重打靶法将直升机单发失效后的自转着陆过程转换为非线性最优控制问题进行数值求解。最后,基于最小化回避区面积的思想,得到并分析直升机在不同旋翼转速下单发失效后的自转着陆低速回避区,以及回避区高悬停点、拐点和低悬停点对应的最优着陆轨迹和操纵过程。结果表明：随着旋翼转速的降低,直升机单发失效后的低速回避区首先会逐渐缩小,然后迅速增大。最小回避区对应的旋翼转速略高于最小需用功率对应的旋翼转速。适当降低旋翼转速不仅能有效降低直升机的需用功率,还有利于提高直升机单发失效后的自转着陆性能。     

Contemporary approach to the design-systematic and experimental provision of autorotation landing safety for a helicopter with skid type landing gear

A new approach to the design-systematic provision of autorotation landing safety for a helicopter with skid type landing gear is proposed. We analyzed the existing simulation techniques and experimental studies regarding this problem. The main existing problems both in design simulation and the system of systematic requirements to the conditions of rating the loads on the skid landing gear are identified. Also proposed are the most optimal solutions to overcome the existing systematic contradictions and increase safety of helicopter piloting at autorotation landing.     

共轴式直升机自转下滑着陆飞行轨迹近似计算

介绍了直升机自转下滑的概念，对自转下滑着陆过程中的能量转换进行了分析，以能量法计算为基础。根据共轴式直升机的特点，介绍了共轴式直升机诱导功率的计算方法，引入了计算自转下滑着陆轨迹的控制模型，根据该控制模型，用数值计算得出了某轻型共轴式直升机的自转下滑着陆轨迹，其结果可为飞行员实施自转着陆提供参考。     

Prediction of pilot workload in helicopter landing after one engine failure

This paper presents a method to predict the pilot workload in helicopter landing after one engine failure. The landing procedure is simulated numerically via applying nonlinear optimal control method in the form of performance index, path constraints and boundary conditions based on an augmented six-degree-of-freedom rigid-body flight dynamics model, solved by collocation and numerical optimization method. UH-60A helicopter is taken as the sample for the demonstration of landing after one engine failure. The numerical simulation was conducted to find the trajectory of helicopter and the controls from pilot for landing after one engine failure with different performance index considering the factor of pilot workload. The reasonable performance index and corresponding landing trajectory and controls are obtained by making a comparison with those from the flight test data. Furthermore, the pilot workload is evaluated based on wavelet transform analysis of the pilot control activities. The workloads of pilot control activities for collective control, longitudinal and lateral cyclic controls and pedal control during the helicopter landing after one engine failure are examined and compared with those of flight test. The results show that when the performance index considers the factor of pilot workload properly, the characteristics of amplitudes and constituent frequencies of pilot control inputs in the optimal solution are consistent with those of the pilot control inputs in the flight test. Therefore, the proposed method provides a tool of predicting the pilot workload in helicopter landing after one engine failure.     

直升机旋翼自转着陆的安全性研究

旋翼自转是直升机一种特殊的飞行情况,在此情况下,旋翼失去发动机动力,只能利用其原有的旋转动能和直升机的势能保持稳定旋转。因此发动机停车后如何保证直升机自转着陆的安全性变得尤为重要,本文从理论上分析影响自转着陆安全性的几个因素,并就加强海军航空兵旋翼自转飞行训练的问题提出一些建议。     

Z11直升机自转着陆试飞

通过对Z11直升机自转特性及自转着陆的试飞，研究了在自转着陆的进场着陆阶段，如何使旋翼能够提供最大的拉力，减小下降率，使直升机以低于起落架设计允许的最大下降率进行自转着陆，从而保证直 同和驾驶员的安全。最后分析探讨了Z11直升机空中停车后处置的驾驶技术及操纵要领。可供有关研究人员和直升机飞行员参考。     

AC311直升机自转下滑性能优化分析与处理

通过对AC311直升机自转着陆模拟试飞,验证其自转下滑性能满足CCAR27适航要求.在试飞过程中,飞行员发现发动机无动力时旋翼转速下降较快,在接地前“瞬时提距”时旋翼转速恢复较慢,较难完成自转着陆.为此,根据国际上比较贴近飞行员的定性意见的当量悬停时间,设计部门分析自转下滑性能偏低的原因,并通过换装参考直升机主桨叶进行对比试飞确认,提出了调整桨叶转动惯量的解决措施.这些措施经装机试飞验证取得了很好的实施效果.     

直升机自转下滑训练过程发动机的控制规律

为确定直升机自转下滑训练过程发动机的控制规律,分析了采用正常控制规律进入自转状态时涡轴发动机的变化过程,提出了在现有控制规律基础上增强动力涡轮转速控制模块中总矩"提前器"作用和适当放宽速率限制值的控制对策.仿真结果表明,改进后的控制规律能够基本满足直升机对发动机状态控制的要求,为解决直升机发动机在自转训练情况下的控制问题提供了一条有效的技术途径.     

计及诱速和风切变的直升机自转前飞特性

研究直升机自转前飞时在风切变条件下的稳定性和操纵性。风切变采用非线性模型，旋翼模型考虑桨叶的刚性挥舞运动，桨叶根部具有水平铰外伸量和弹性约束，诱速在桨盘处的分布采用固定涡系所表示的诱速非均匀分布模型，以Ｚ９飞机为算例，算出计及风切变与否的自转前飞平衡参数和稳定根及操纵响应，显示了风切变对自转前飞操稳特性的影响。     

Augmented flight dynamics model for pilot workload evaluation in tilt-rotor aircraft optimal landing procedure after one engine failure

An augmented flight dynamics model is developed to extend the existing flight dynamics model of tilt-rotor aircraft for optimal landing procedure analysis in the event of one engine failure.Compared with the existing flight dynamics model, the augmented model involves with more pilot control information in cockpit and is validated against the flight test data. Based on the augmented flight dynamics model, the optimal landing procedure of XV-15 tilt-rotor aircraft after one engine failure is formulated into a Nonlinear Optimal Control Problem(NOCP), solved by collocation and numerical optimization method. The time histories of pilot controls in cockpit during the optimal landing procedure are obtained for the evaluation of pilot workload. An evaluation method which can synthetically quantify the pilot workload in time and frequency domains is proposed with metrics of aggressiveness and cutoff frequencies of pilot controls. The scale of the pilot workload is compared with those of the shipboard landing procedures, bob-up/bob-down and dash/quickstop maneuvers of UH-60 helicopter. The results show that the aggressiveness of pilot collective and longitudinal controls for the tilt-rotor aircraft optimal landing procedure after one engine failure are higher than those for UH-60 helicopter shipboard landing procedures up to the condition of sea state 4, while the pilot cutoff frequency of collective control is lower than that of the bob-up/bob-down maneuver but the pilot cutoff frequency of longitudinal control is higher than that of the dash/quick-stop maneuver. The evaluated pilot workload level is between Cooper–Harper HQR Level 2 and Level 3.     

直升机自转进入和退出发动机控制逻辑的设计

直升机自转进入和退出是直升机机动飞行经常遇到的状态,它的特性是由直升机旋翼和发动机的安装特性共同决定的,该状态的发动机控制是典型的直升机与发动机的综合控制。本文介绍了直升机自转进入和退出发动机控制逻辑的设计和验证。     

用于高增益飞控系统设计的直升机纵向模型

在小扰动假设的条件下，研究了含有直升机旋翼挥舞动力学的纵向运动模型的建立方法，指出了准静态纵向运动方程的裨及限制，通过对实例的计算研究发现，机体对挥舞的影响可以忽略，模型可简化为机体和挥舞模型的串联。最后，在同一控制律作用下对运动稳定性进行了计算，结果表明含有挥舞动力学的纵向运动模型才能适用于高增益飞行控制系统的设计。     

共轴双旋翼及孤立旋翼自转气动特性试验研究

为了研究旋翼自转状态下的气动特性,开展了孤立旋翼及共轴双旋翼自转气动特性试验研究。该试验设计了上/下旋翼具有不同安装形式的试验装置,可测得上、下旋翼及孤立旋翼的转速及其产生的气动力和力矩。通过风洞试验研究了共轴双旋翼以及孤立旋翼在自转状态下的气动特性,明确了旋翼转速及升力与影响参数之间的变化关系,对比分析了双旋翼上/下旋翼的相互干扰强度以及三片桨叶和两片桨叶的孤立自转旋翼气动特性,阐述了桨叶片数对旋翼稳定自转特性的影响,提出了提高直升机自转下降安全性的方法。     

空中交通流量优化管理

研究了空中交通流量管理中的机场流量最优化问题,提出了解决目前日益严重的拥塞问题的一种方案,将机场流量利用最优化问题分解为两个子问题,以折考虑解的最优性及求解复杂性,针对两个子问题,提出了一种折考虑解的最优性及求解复杂性的线性规划数学模型,利用该模型,可以最有效地发挥系统功能,同是保证飞机飞行过程的有效隔离,最后,还给出了具体的实例分析,证实了所建模型的实用性。     

舰船机库大门对直升机起降特性影响研究

根据舰艉起降甲板的空气流场,结合直升机飞行动力学模型,计算了舰船机库门开启和关闭时的直升机舰面起降特性,并分析了舰船机库门开启和关闭对直升机起降特性的影响。计算结果表明,机库门开关状态仅对直升机总距操纵有一定的影响,而对其他操纵量和机身姿态影响甚小。提供的研究方法和所得结论为舰载直升机舰面起降提供了理论依据,有重要的实际意义。     

直升机腿式起落架机构动力学研究

多用途、智能化和强地形适应性是未来直升机发展的重要趋势。起落架是保障直升机起降安全的关键部件,由于传统起落架地形适应能力较差,针对直升机在复杂地形环境下如何实现平稳着陆的难题,利用仿生学设计理念设计一种腿式起落架系统。首先从腿式起落架设计需求出发,对起落架构型进行分析并完成腿部结构设计;然后基于设计的腿部机构,完成其运动学分析和动力学分析,建立相应模型,以此作为腿式起落架运动控制的基础。最后在实验室完成腿式起落架的运动测试,证明了结构设计的合理性和控制算法的准确性。     

高速直升机方案中旋翼自转状态的实验研究

近年来对高速直升机的研究日益兴盛起来,而高速直升机设计的利用自转状态在相同临界迎角下可以承担更多升力的特点,提出将自转引入升力转移的过程中,从而达到减小机翼面积、降低机体重量、减小阻力的目的.针对某一高速直升机方案的自转状态,本文设计和建设了试验模型和试验设备,进行了相应的实验研究.通过与直升机正常工作状态下旋翼的实验结果对比,得出了自转旋翼具有更高的效率的结论;并且根据实验结果分析了自转旋翼的稳定转速与前飞速度以及桨盘迎角的关系.通过与前期理论研究的计算结果相比较,对已有的气动模型进行了检验,理论与实验结果得到了相互印证.     

直升机着舰起落架动态响应

舰载直升机着舰过程复杂。与地面降落相比,舰面的不稳定气流使得直升机姿态难以保持,下降的速度更大,且由于直升机通常都是单轮着舰,导致起落架载荷很大。为了研究直升机在不同条件下着舰时起落架的动态响应,建立了机体/起落架/舰船耦合模型,将着舰过程中直升机的运动和舰船的运动联系起来,通过仿真计算得出起落架的动态响应。仿真计算结果表明:直升机着舰质量越大,起落架压缩量和载荷越大;直升机低头着舰会导致前起落架载荷显著增大;直升机着舰下沉速度过大会导致着舰载荷急剧增大,可能会对结构造成破坏。     

一种分析轮式起落架直升机“舰面共振”的方法

 针对轮式起落架直升机，提供了一种“舰面共振”动力稳定性分析方法。首先，针对直升机在舰面上随舰船一起摇晃时左右起落架受载不对称的状况，近似采用受对称载荷产生对称变形、受非对称载荷产生非对称变形的方法计算了直升机的平衡状态；其次，根据轮式起落架轮胎和缓冲支柱刚度和阻尼共同作用的特点，结合轮式起落架的几何关系，采用复刚度的方法得出起落架作用于机体的刚度与阻尼；最后，用桨叶振动模态法对轮式起落架的直升机进行了不同旋翼升力卸载以及鱼叉系留与否的“舰面共振”动力稳定性计算分析，并通过算例得到验证。