大型民用飞机电传飞控系统验证技术研究

随着国内民用飞机项目研制和型号不断发展,飞控系统采用了先进的高安全、高可靠的全时全权限电传技术,以提高系统综合性能,但同时也增加了电传飞控系统研发与验证的复杂度和风险。以世界上最成功的商业飞机之一——波音777飞机的飞控系统为研究对象,结合国内民机发展情况,进行深入分析和总结,提出了民用飞机飞控系统研发和验证过程模型,为国内民用飞机电传飞控系统的研发和验证提供有益的经验参考。     

发动机空中起动包线扩展试飞组织与实施

适航条款要求装配两台发动机的飞机,在单发失效后在一定的高度、速度和发动机状态下具备重新起动的能力。为表明对适航条款的符合性,飞机主制造商必须开展发动机空中起动包线扩展试飞(简称空起扩包试飞)试验。而发动机空起扩包试飞是一项风险高、难度大,影响因素众多而复杂的试飞任务。以某型飞机的空起扩包试飞为参考,从试飞科目分析、试飞准备、试飞组织与实施、试飞试验结果等方面总结了相关试飞经验,分析了试飞员、指挥员、试飞工程师、课题和设计人员在空地决策机制方面的专业知识和角色定位。及时把握飞机的状态,并判读试验点的有效性,是试验高效和安全开展的有力保障。该空起扩包试飞的成功组织与实施为后续试飞活动及未来其他型号的类似试验奠定了良好的基础,提供了一定的技术储备。     

风雨对飞机飞行安全性的影响

风雨严重影响飞机的飞行安全。基于动量定理建立了一种根据降雨条件、风场特性、飞机特征和飞行状态计算雨滴对飞机产生的撞击力和力矩的方法,研究了风雨对飞机气动特性的影响,进而建立了飞机在风雨中飞行的运动方程。通过引入驾驶员的操纵模型,对飞机在风雨中飞行的运动特性进行了数值仿真研究。仿真结果表明:降雨会使飞机的升力减小,阻力增大,平衡迎角增加,不利于飞机的飞行安全;当降雨过程中伴随有风时,风会改变飞机的飞行迎角,使得飞机更容易出现因失速而造成的飞行事故;降雨时飞机的抗风能力降低。     

变体飞行器发展现状与应用前景

变体飞行器具有良好的气动特性和经济性。变体飞行器可按照变形尺度分为大、中、小3种类型。文中分析了仿生型变体飞行器、变后掠翼飞行器、机翼前缘变弯度飞行器、机翼变后缘飞行器、折叠机翼飞行器和柔性机翼飞行器等各种变体飞行器的特点和国内外研究现状。从结构材料、变体机构、气动和变形控制4个方面对变体飞行器的关键技术进行总结,对未来变体飞行器的应用方式和发展方向进行了展望。     

基于尾流效应的编队飞行优化分析

针对如何利用前机尾涡的上洗气流来达到减小后机飞行阻力的问题,进行了基于尾流效应的编队飞行优化分析。首先,通过分析后机在尾涡上洗气流中的受力情况,建立了尾流效应相关模型;然后,通过计算诱导滚转力矩系数评估后机飞行的安全性,通过阻力系数的变化判定诱导减阻效果;最后,建立多目标优化评价模型,以后机的安全性和诱导减阻效果为优化目标来确定后机在编队飞行中的最佳位置。研究结果表明,最佳编队位置并不是固定的,飞行高度、飞行速度等外部因素都会对编队飞行中后机的最佳编队位置产生一定的影响。     

非正常航班管理中的飞机恢复问题研究

航空运输中时常会受到各种因素的干扰,形成非正常航班。非正常航班若得不到及时有效处理,会给航空公司带来巨大损失,因此航空恢复问题显得十分重要。主要针对航空公司飞机恢复问题进行了研究。利用原时刻表,综合考虑航班时间约束、飞机维护约束、机场容量约束和飞机容量约束,并结合航空公司运行实际,建立了飞机恢复模型。模型中对飞机恢复成本进行了细分,并以成本最小为目标函数。为解决该问题,设计了一个启发式算法。通过使用某航空公司的数据,对模型进行了计算,对算法进行了测试。计算结果表明,启发式算法可以较好解决飞机恢复问题,所得该方案能较好地符合航空公司要求。     

多因素耦合复杂飞行情形风险定量评估方法

多不利因素耦合诱发飞行事故具有隐蔽性强、因素关联复杂及状态"不可逆"性等特点,对其进行定量建模及风险评估研究难度较大。为此建立了典型装备故障和恶劣环境两类不利因素的定量数学模型。基于飞机六自由度全量运动方程、不利因素数学模型和人在环的操纵方式,应用MATLAB/Simulink、C语言和Flightgear软件开发了用于多因素耦合飞行情形研究的虚拟试飞安全性分析系统。建立了基于改进粒子群算法的极值分布风险评估模型,通过广义极值分布参数优化自动找到最为符合的极值分布模型。提出了随机自适应进化粒子群优化算法(RAE-PSO)对拟合过程进行优化,提高了评估精度和收敛速度。建立了多因素耦合复杂飞行情形的综合评估模型,以GJB 626A-2006中的试飞风险科目为例进行风险评估与结果分析,验证了方法的可行性和有效性。     

飞行力学和飞行控制试飞技术

为了适应高增益,全权限数字电传操纵系统飞行试验的需要,利用已研制成功的多台地面飞行模拟器和ＢＷ－１纵向,ＩＦＳＴＡ三自由度空中飞行模拟试验机,模型自由飞研究以及具有现代先进水平的机载数据采集记录和地面实时监控系统等设备和技术手段,进行了电传飞机的飞行品质和飞控稳定性等问题的研究,包括试飞输入设计,电传飞机飞行品质,电传飞控系统稳定裕度等。最后,提出了对下一代飞机飞行力学和飞行控制方面需要研究的试飞     

基于仿真技术的空调系统冲压空气能耗研究

简要介绍了开展民用飞机空调系统仿真分析及研究的重要意义和空调系统工作原理。建立了民用飞机空调系统主要部件的数学模型,开发了系统部件仿真模块及驾驶舱/客舱热载荷模块等,用搭建的部件模块组建了某民用飞机空调系统仿真模型,完成了仿真计算算例。对仿真算例进行试验验证以修正仿真模型,应用修正的仿真模型预测民用飞机整个飞行剖面内空调系统的冲压空气流量,同时采用标准计算方法评估空调系统冲压空气能耗,为空调系统的冲压设计提供依据,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有重要的参考意义。     

基于工程经验和层次分析的民机试飞周期影响因素分析及可行性建议

试飞取证是民机研制的重要环节,也是当前国内民机研制亟需补全的短板,过长的试飞周期将给民机研制成本带来极大压力,过度推迟的取证交付计划将会给民机产品的市场竞争力带来不利影响。基于当前国内民机研制经验,总结民机试飞的类型和特点,对比分析已有国内外民机试飞周期数据,结合国内民机实际试飞过程和工程经验,识别出影响当前阶段国内民机试飞周期的主要因素,并基于层次分析法和实际试飞实施案例经验搭建了民机试飞周期影响因素评价分析模型,对各层级影响因素进行了定量分析,得出减少试飞科目可有效减少试飞周期的结论,并就优先级较高的具体影响因素提出了优化完善建议或可行性方案,给出了民机研发试飞管控建议和取得型号检查核准书(type inspection authorization,简称TIA)前试飞科目选取建议,供后续民机研制参考使用。     

民机试飞构型管理概述

以民用飞机试飞工作为背景,从民机试飞构型管理的特征和过程出发,论述了试飞构型管理的范围和性质,说明了试飞构型管理本质上属于研制构型管理,由制造商内部控制。并从适航的角度研究了民机试飞构型到位工作的特点及其与试飞计划的关系、给出了试飞构型评估报告编制方法。最后,介绍了试飞构型控制工作的流程,并根据试飞构型管理实践经验,提出了试飞构型控制工作中需关注的重点。对后续民机试飞构型工作具有一定的参考意义。     

Flight trajectory optimization of sun-tracking solar aircraft under the constraint of mission region

The optimal yawing angle of sun-tracking solar aircraft is tightly related to the solar azimuth angle, which results in a large arc flight path to dynamically track the sun position. However, the limited detection range of payload usually requires solar aircraft to loiter over areas of interest for persistent surveillance missions. The large arc sun-tracking flight may cause the target area on the ground to be outside the maximum coverage area of payload. The present study therefore develops an optimal flight control approach for planning the flight path of sun-tracking solar aircraft within a mission region. The proposed method enables sun-tracking solar aircraft to maintain the optimal yawing angle most of the time during daylight flight, except when the aircraft reverses its direction by turning flight. For a circular region with a mission radius of 50 km, the optimal flight trajectory and controls of an example Λ-shaped sun-tracking solar aircraft are investigated theoretically. Results demonstrate the effectiveness of the proposed approach to optimize the flight path of the sun-tracking aircraft under the given circular region while maximizing the battery input power. Furthermore, the effects of varying the mission radius on energy performance are explored numerically. It has been proved that both net energy and energy balance remain nearly constant as the radius constraint varies, which enables the solar aircraft to achieve perpetual flight at almost the same latitude as the large arc flight. The method and results presented in this paper can provide reference for the persistent operation of sun-tracking solar aircraft within specific mission areas.     

Multipoint optimization on fuel efficiency in conceptual design of wide-body aircraft

Aircraft conceptual design optimizations that maximize the performance at a design condition (single-point) may result in designs with unsatisfying off-design performance. To further improve aircraft efficiency under actual flight operations, there is a need to consider multiple flight conditions (multipoint) in aircraft conceptual design and optimization. A new strategy for multipoint optimizations in aircraft conceptual design is proposed in this paper. A wide-body aircraft is taken as an example for both single-point and multipoint optimizations with the objective of maximizing the specific hourly productivity. Boeing 787-8 flight data was used in the multipoint optimization to reflect the true objective function. The results show that the optimal design from the multipoint optimization has a 7.72% total specific hourly productivity increase of entire flight missions compared with that of the baseline aircraft, while the increase in the total specific hourly productivity from the single-point optimal design is only 5.73%. The differences between the results of single-point and multipoint optimizations indicate that there is a good option to further improve aircraft efficiency by considering actual flight conditions in aircraft conceptual design and optimization.     

FMS巡航阶段的垂直轨迹预测算法及应用

飞机的飞行过程涉及多个垂直飞行阶段,巡航阶段占了绝大部分的飞行时间、飞行距离及燃油消耗,研究飞行管理系统（FMS）巡航阶段的垂直轨迹预测算法,对于提升飞行的经济性、舒适性、安全性是非常重要和必要的。为了满足不同类型飞机之间巡航阶段垂直轨迹预测算法的通用性,提高垂直轨迹预测的精确度和可信度,提出一种适用于巡航阶段的垂直轨迹预测算法。首先,通过计算巡航阶段的速度剖面,构建预测过程中更加符合实际的大气模型;然后基于第一性原理（第一法则）的飞机模型计算所需的巡航燃油流量数据,通过设计的巡航阶段垂直轨迹预测算法逻辑,给出巡航阶段预测的垂直轨迹;最后通过地面仿真试验和空中试飞验证算法的有效性与准确性。结果表明：本文提出的基于第一性原理飞机模型的FMS 巡航阶段垂直轨迹预测算法能够预测飞机的巡航轨迹,且预测精度误差低于1%。     

民用飞机燃油系统负加速度试飞技术研究

一个新型的民用飞机要投入航线使用,必须经过适航合格取证试飞,获得型号合格证、生产许可证和适航证,具备三证才允许走向市场。民用飞机适航取证试飞项目有许多,其中负加速度试飞是民用飞机燃油系统适航取证试验的重要验证项目。民用飞机负加速度试飞在国内尚属首次,具有对机组操纵技术要求高、风险难度大的特点。结合某型民机燃油系统合格审定试飞,研究了民用飞机负加速度的试飞技术,提出了用抛物线试飞方法来完成负加速度试飞任务。主要介绍了负加速度试飞中可能出现问题、试飞前应准备的工作、试飞方法等,并对试验结果进行了分析。     

气动热环境下多翼导弹温度场数值模拟

导弹在飞行过程中与大气摩擦产生的热量,会降低材料的强度极限和飞行器结构的承载能力,使结构产生热变形,破坏部件的气动外形并影响飞行器的安全飞行,带来安全隐患。通过气动加热工程算法确定表面热流密度,利用有限元分析软件MSC Nastran和MSC Patran,对四翼导弹进行有限元计算,给出温度场分布情况,为导弹的设计和制造提供依据。     

预测飞机稳定尾旋的解析法和图像法

尾旋是飞机的极限飞行状态,此一状态极易造成机毁人亡。由于尾旋试飞有极大的风险性,所以在试飞前要进行足够的安全论证,包括理论分析和风洞试验,一般采用两者相结合的方式进行。介绍了解析法和图像法两类方法来研究飞机的稳定尾旋。     

大型民用运输机噪声航迹及其仿真研究

噪声是民机型号适航合格取证的一项重要指标,噪声航迹是噪声合格审定的重要环节。本文讨论大型客机噪声合格审定基准噪声航迹及其计算。首先明确当前噪声航迹的定义,接着提出一种满足当前适航条例的民用运输机噪声航迹计算模型,最后给出算例分析,并指出未来研究的方向。     

从飞机总体角度规划试飞工作

随着飞机设计技术难度的加大, 对新机进行飞行试验的工作量和复杂程度也日益提高, 试飞工作涉及的因素也越来越多。如何从飞机设计的总体角度出发, 对飞行试验的各项工作进行规划, 用以影响设计, 提前安排相关工作, 是本文研究的主题。本文将试飞纳入到型号研制的全局中, 从试飞内容、测试改装、试飞样机数量及状态、关键试飞技术、试飞保障、试飞支持等10个方面提出试飞规划内容。     

Y—7飞机失速特性适航试飞 二

3.2 失速特性失速特性试飞是在巡航(襟翼收上,起落架收上)、起飞(襟翼15°,起落架收上)和着陆(襟翼38°,起落架放下)三种构形下,后重心28％b_A,飞机质量为21.4～19.7t范围内进行的。慢车直线飞行失速特性试验的发动机油门为17°,扭矩压力为1.9 MPa。带动力直线飞行和转弯飞行失速特性试验的发动机功率为1.6V_(s1)平飞功率,即油门为30°,扭矩压力约为3.0MPa。失速特性试验的后重心改在28％b_A,而不是在设计后重心33％b_A,这是考虑到Y—7