民机极限飞行状态的动态气动力试验与建模

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素,飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围,进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。本文开展典型民机布局飞机极限飞行状态的动导数、大振幅试验,对大迎角动态气动力的参数影响规律以及非线性、非定常特性进行分析和建模。结果表明,在飞机失速到过失速区域,飞行姿态快速变化过程中动态气动力的非线性和非定常特征显著;在动导数试验和建模中,考虑运动角速率的影响,可以预示气动力非线性的迎角范围,并捕捉到关于飞机动稳定性演化的关键特征;利用Goman-Khrabrov状态空间模型结合大振幅试验,可以确定模型中表征非定常特征的关键时间常数,获得特定极限飞行状态运动中的非定常动态气动力特性。研究方法和结果为开展民机极限飞行状态的动态气动力风洞试验设计与建模提供了一个可行途径,能改进飞机飞行失控预防、极限状态改出、飞行模拟训练和飞行事故分析等。     

耦合运动非定常气动模型对飞机飞行特性仿真的影响

 在大振幅偏航滚转单自由度强迫振荡和耦合强迫振荡运动风洞试验的基础上,分别运用准定常气动力建模方法和非定常气动力建模方法,获取飞机的气动力模型;运用两种不同的气动力模型,对飞机的纵向正弦振荡机动飞行进行了仿真。结果表明,准定常模型在小迎角下的仿真结果与非定常模型的结果基本一致;在较大迎角时,准定常模型仿真结果趋于稳定,而非定常模型仿真结果使飞机进入横航向振荡飞行状态,这一现象与F-16XL的试飞结果类似,其主要原因是耦合运动的非定常模型与准定常模型所产生的阻尼特性不一致。这也表明,分析大迎角飞行特性时应考虑耦合运动下的非定常气动特性。     

六旋翼无人机的飞行力学建模研究

为开展六旋翼无人机的全机飞行力学建模研究,针对六旋翼无人机的前飞和非定常飞行要求,引入了动量叶素理论和动态人流理论对旋翼气动力进行分析.根据无人机的变转速控制方式,增加了旋翼转速变化对机身运动的影响项,推导了使六旋翼总需用功率最小的拉力分配优化方法,建立了六旋翼无人机的飞行力学模型.气动力计算结果表明,新建立的旋翼气动力计算方法精度高于现有的比例系数法.     

非定常自由来流对飞机过失速机动特性的影响研究

在南航非定常风洞内,对三角翼模型在定常和非定常自由来流中做俯仰运动的动态气动特性进行了实验研究.利用模糊逻辑建模方法,对实验获得的非定常气动力数据进行了建模,并将非定常气动力模型应用于过失速机动中70°迎角定直飞行的仿真计算,分析了含自由来流非定常变化影响的非定常气动力数据对过失速机动飞行特性产生的影响.研究表明,考虑自由来流非定常变化的非定常气动力对飞机飞行过程中运动参数的变化和控制律设计都产生较大影响.因此在新一代战斗机的设计、研制中,深入研究飞机的非定常气动特性是十分必要的.     

直升机机动飞行旋翼的气动力模拟

探讨了预测机动飞行旋翼气动力的细节问题。在考察非均匀诱速分布、入流动力学和非定常翼型性能的基础上,建立了一种模拟非定常旋翼气动力的新方法。对某一特定机动科目,首先由逆解技术得到操纵输入和飞行姿态;然后综合应用涡流理论、动力入流理论和非定常翼型气动模型来数值模拟非定常的旋翼气动力。通过样例分析给出了紧急转弯和平飞跃升的计算结果。     

简讯(三)

1997年空难事故中可控飞行撞地事故死亡人数最多1997ShowedHighestCFITDeathTotal在1997年全球空难事故中可控飞行撞地（CFIT）事故造成的死亡人数最高，达到640人。尽管新技术的采用和良好的国际间协调行动减少了造成可控飞行撞地的错误，但可控飞行控地仍是大航空公司飞行安全的薄弱点。在1997年发生的7起可控飞行撞地中，仅8月6日大韩航一架B747－300飞机在关岛控山坠毁和9月26日印度尼西亚航空公司一架A300B4飞机在苏门达腊撞山坠毁两起事故就造成462人死亡。俄罗斯和塔吉克斯坦航空公司发生的两起飞机控地事故中共有156人丧生。…     

1997年世界航空安全形势回顾

据有关资料，1997年世界航空安全形势比1996年有所好转。1996年是空难造成死亡人数最多的一年，高达2100人，其中定期客运航班空难造成死亡1187人。1997年，定期客运、非定期客运、支线、客运包机和非客运航班空难造成死亡共1131人，其中定期客运航班空难造成死亡676人，比1996年有大幅度减少。尤其是1997年上半年，发生空难20起死亡231人，低于近10年同期发生事故22起、死亡461人平均数。1997年发生的最严重空难，是9月26日印度尼西亚鹰航空公司一架空客A300B4飞机坠毁。由于印尼森林大火，烟雾布满天空，能见度差，飞机在向棉兰机场送近…     

大型民机进近着陆段异常能量风险判据研究

根据大型民机事故统计，进近着陆阶段事故率最高，而其中大部分事故首先表现出异常能量状态，并演变成失控、重着陆、擦尾、冲出跑道等事故类型，或者呈现复飞失败。在归纳上述五类终端事故类型作为重点关注对象基础上，建立典型大型民机飞行数值仿真平台，使用随机模拟和相关性分析方法研究能量状态参数偏离导致进近着陆风险的影响规律。在此基础上，根据仿真结果给出了由关键能量参数确定的能量状态安全边界，可建立不同风场条件及可能的复飞油门下由空速-下滑角参数构成的异常能量预警判据，对于异常能量导致的进近着陆风险预警具有准确性和非保守性。研究结果可为大型民机进近着陆过程的风险预警以及相关飞行控制功能设计提供方法基础。     

1994年世界航空安全形势回顾

1994年是飞行事故发生较多的一年,定期客运航班共发生死亡事故8起,死亡830多人。从1994年1～6月发生的死亡事故来看,是自1985年以来同期死亡人数最多的6个月,发生事故的架次仍然与近10年同期的平均数接近。在众多事故中,有因飞机年久失修、天气恶劣、飞机临时故障等原因造成的空难,也有规章制度不严、玩忽职守、责任心不强等原因造成的空难。下面分7个部分介绍如下。由于     

柔性变后掠飞行器非定常气动特性数值研究

为研究柔性变后掠飞行器变形过程中的非定常气动力,对柔性变后掠飞行器进行了非定常数值仿真。首先分析了柔性变后掠飞行器在特定后掠角下的定常气动特性,接着选用三种变后掠周期进行了非定常计算,分析了不同变后掠速度对飞行器气动特性的影响,以及定常与非定常气动特性的差别,并研究了这种差异产生的原因。结果表明:柔性变后掠飞行器通过后掠角的改变可以使实时气动性能达到最优;不同变后掠速度引起的气动力差异不大;定常气动力与非定常气动力最大差异不超过7%,其差异主要是由于机翼上气动力的差异引起;非定常计算的升力、阻力系数大于定常结果,俯仰力矩系数与定常计算值差异不大。非定常气动力的产生机理是由于机翼的附加速度所引起的,与流场迟滞无关。总体上看,攻角小于14°时,小后掠可以取得较大的升力、阻力系数;大于14°攻角,大后掠的升力、阻力系数较大;所有后掠角均在4°攻角处取得最大升阻比且小后掠角的升阻比较大;当升力系数小于1.28时,小后掠角产生较小的阻力系数,超过这一数值,大后掠角的阻力系数较小。     

过失速机动气动模型的试飞验证方法研究

介绍了现代飞机过失速机动的大迎角气动模型的特点和描述方法,结合某型飞机大迎角非定常气动力模型和推力矢量控制模型,分析了大迎角非定常、非线性气动力模型的飞行验证方法,并进行了地面模拟验证,为我国新一代飞机过失速机动大迎角模型验证飞行试验方法的研究和模拟试验技术的研究提供了依据。     

飞机飞行事故的原因分析及预防

简要分析在造成飞行事故的原因中，人为因素的重要性，阐明为预防飞机飞行事故的发生，提出一种提高飞行员素质，减少人为因素造成飞行事故的研究方法－故障飞行模拟训练，如设置飞行主操纵系统等故障，由飞行员进行故障飞行模拟训练和研究，通过模拟训练，使飞行员了解和掌握故障发生时的操纵感觉和飞机的反应特点及处置方法，提高飞行员在应急情况下的处置能力，以避免在实际飞行中可能发生的飞行事故。     

非定常气动力的结构自适应神经网络建模方法

讨论了非线性非定常气动力的结构自适应神经网络模型建模方法,该方法具有同时进行结构辨识与参数辨识的优点;利用纵向大振幅强迫振荡风洞试验数据,验证了建模方法及所建模型的有效性,结果表明:结构自适应神经网络模型对非定常气动力有很好的逼近能力,由于采用飞行参数的时间离散数据作为输入量,模型可直接应用于飞行仿真研究。     

飞行失控的向量空间建模与应用研究

为对飞行失控进行分析,研究了采用决定性参数分析飞行安全状态的方法。建立了安全飞行向量空间,并划分为5个包线子空间,将飞行包线转化为相同形式。采用安全性函数表示飞行失控深度,确定安全面并求解飞行失控发生时间的研究方法。对一次飞行事故进行了研究,结果表明,该方法能够对飞行失控进行定量分析。     

非定常气动力对飞机飞行影响的拓扑分析

 根据飞机六自由度运动模型和微分非定常气动力模型, 计算了周期轨道及平衡运动的拓扑结构图,初步研究了非定常气动力对飞机飞行的全局影响, 并通过系统的导算子矩阵根轨迹、时域仿真及其灵敏度分析, 提炼出非定常气动力对飞机飞行影响的初步机理。结果表明, 非定常气动力对飞机平衡运动的振荡不稳影响明显, 可以改变其稳定特性, 延迟Ho pf 分叉的出现。对于稳定的周期运动, 由于增加了系统的阻尼耗散项从而减少了振荡幅度。     

1999年世界民航安全形势回顾

AReviewoftheWorldAirTransportSafetySituationin1999世界民用航空进入90年代，飞行事故开始逐年增多，至中期已达到多年来少有的高峰，以后逐年大幅度下降，出现了少有的安全形势，但到20世纪的最后一年飞行事故又急剧上升，达到了整个十年的最高峰。1999年，世界各地民航共发生客货运输空难事故26起，平均每个月超过了两起，是近十年来最多的一年，死亡人数约590人，比前年有较大幅度降低，事故中飞机全部报废。去年单机死亡人数超过两百人的特大恶性空难事故只有一起，比前年有所下降，总的来说飞行事故增多，但伤亡人数却大幅度下降…     

飞机大迎角非定常气动力建模研究进展

准确建立非定常气动力数学模型,是飞机大迎角飞行控制律设计、飞行动力学分析和飞行仿真的基础与前提。鉴于此,对大迎角非定常气动力建模研究进展,包括数学建模方法和人工智能建模方法两类进行了系统综述。其中：数学类建模方法是以对非定常流动现象和机理认识为基础的,主要有气动导数模型、非线性阶跃响应模型、状态空间模型、微分方程模型、非线性阶跃响应与状态空间混合模型以及迎角速率模型等;人工智能方法回避了复杂流动机理,属于黑箱非线性系统建模,主要有神经网络模型、模糊逻辑模型和支持向量机模型等。对于每种气动力模型,阐述了其建模思路和方法,给出了典型应用情况,并对其特点和局限性作了简要评述。最后,指出了当前大迎角非定常气动力建模研究工作存在的问题和未来研究方向。     

倾转旋翼飞行器飞行力学模型研究

对倾转旋翼飞行器飞行力学模型的建立进行了理论研究.其中旋翼的气动模型,使用了非定常叶素理论,而对于机翼、尾翼和机身的气动力计算则采用了成熟的升力线理论模型.对于气动干扰的问题,则主要是考虑了机翼与旋翼的气动干扰.最后对算例飞行器不同模式下的飞行状态进行了飞行特性计算,验证了所建模型的合理性.     

飞行安全研究与飞行人员的筛选控制

自有航空以来,飞行事故的损失非常重大。我国民航正在高速发展中,飞行事故给人民生命财产和国家声誉造成严重损失,积极开展飞行安全的科研刻不容缓。构成飞行事故的三大基本因素是人(包括社会关系)、机(包括设备)和环境(包括气象)。中国民航80年代事     

导弹地效区飞行空气动力和飞行力学特性研究

采用CFD和风洞试验技术,研究了导弹地效区飞行的空气动力和飞行力学相关特性。研究结果表明,导弹地效区飞行,由于受到地面效应的作用,其空气动力和飞行力学特性同常规自由空间飞行相比,发生了较大变化,常规导弹气动布局很难实现地效区飞行。由于地效区飞行运动响应十分复杂,加之飞行高度很低,这使现有飞行控制技术难以适应。这要求在气动布局设计中,必须将气动力、飞行力学和控制响应一体化考虑,气动布局技术是协调解决运动响应和动力学耦合的核心。