基于成本指数的飞机垂直剖面优化研究

基于成本指数的垂直剖面优化以飞行成本最优为目标,计算各飞行阶段最优速度和最佳高度。分析了经济模式下最优速度和最佳高度的计算原理,给出了由飞行管理系统进行垂直剖面优化的实现途径,并简要介绍了多重限制在计算中的考虑。     

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%。     

基于扩展的FMC实物试验用于飞行仿真和飞行试验

利用CITATION-Ⅱ飞机和先进的FMS完成了FMS合格审定试飞方法的飞行验证。结合半实物仿真试验研究了FMS导航／制导的符合性条款;提供了相应的FMS飞行环境模型、FMS制导数学仿真模型和软件;提供可用于民用飞机合格审定试飞的FMS试飞方案;通过FMS性能管理与垂直制导仿真试验研究,表明飞行管理计算机系统（FMCS）所计算出的性能数据都是针对三个飞行阶段,即爬升、巡航和下降。目的是在飞行计划所施加的限制条件内使垂直飞行剖面最佳化。基于FMS半实物仿真试验系统能够准确地复现和实施制导和导航计算,保证了FMS仿真试验的可靠性和置信度。     

航空发动机飞行载荷谱的预测

提出了基于飞机的设计飞行任务剖面、飞行力学及发动机原理的发动机飞行载荷的预测方法,即首先将飞机的设计飞行任务剖面通过飞行力学的基本原理转化为发动机的推力（或油门）剖面,然后通过发动机性能计算获得发动机的其它工作状态参数,从而获得发动机的飞行载荷谱。      

末端区域4D导引的水平轨迹计算方法

末端区域４Ｄ导引首先生成轨迹，然后生成沿该轨迹飞行的高度剖面，合理的速度剖面，最后生成自动引导飞机在规定时间着陆的４Ｄ导引指令。现简要讨论末端区域４Ｄ导引理论，主要推导了生成末端区域４Ｄ导引的首要算法－－水平飞行轨迹的计算方法。数值仿真结果表明，该方法只输入少量的航路点坐标数据和限制参数，就能计算出沿直线和曲线飞行的水平轨迹。     

垂直导航优化轨迹算法概述

本文首先叙述垂直剖面内优化飞行轨迹的一般计算方法,从确定飞行运动方程、选择控制变量、建立成本函数到变分法优化运算。然后以目前运输机和某些客机机载飞行(性能)管理计算机的软件为例(由DELCO公司开发,首先应用于C-130、C-135、C-141运输机,并在此基础上发展到用于DC-9-80客机上),说明一种简化的计算方法、轨迹综合。特别说明了性能优化运算POA软件如何制订出飞行计划表格,及在实时飞行中的数据更新和制导飞行。     

基于FSM的PBN飞行程序运行仿真分析

针对于性能的导航(PBN)飞行程序运行仿真过程中将面临飞行航段以及航空器的状态不断发生变化问题,提出采用有限状态自动机理论解决这一问题.仿真框架的水平剖面通过ARINC 424中定义的航段类型对具体的程序进行分段建模;垂直剖面通过BADA的性能模型以及提出逆向法计算下降顶点的位置,为水平剖面提供精确的性能及位置参数.获取的仿真航迹数据符合PBN的导航规范及精度要求,可用于进一步的PBN飞行程序的安全风险与噪声评估.     

直升机垂直飞行状态气动参数辨识方法研究

准确计算直升机的悬停升限依赖于诸如桨尖损失系数,非均匀旋翼诱导速度分布,旋翼下洗引起的直升机增重效应及发动机与旋翼之间的功率传递系数等气动参数的准确度。然而,由于复杂的旋翼空气动力现象,准确预估以上气动参数有较大难度。本文提出了一种确定直升机垂直飞行状态上述气动参数的方法,该方法通过建立直升机垂直飞行状态的运动方程,实测直升机垂直飞行时的相关信息,采用参数辨识的方法得到直升机垂直飞行时的气动参数,然后,利用辨识结果确定直升机的悬停升限。结果表明该方法能有效地确定直升机垂直飞行时的气动参数及相应的悬停升限,且具有飞行试验简便,不受直升机装载和外界环境条件变化限制的特点。     

基于阻力加速度倒数剖面的再入轨迹规划与制导方法

针对升力式飞行器再入制导问题,提出了一种基于阻力加速度倒数剖面的在线解析规划与制导方法。首先将过程和终端约束转换成阻力加速度倒数形式的飞行走廊,采用三次样条函数描述倒数剖面。然后通过解析计算航程上下界,利用待飞航程在倒数剖面内的近似线性关系,以满足待飞航程为目标,迭代计算得到阻力加速度倒数剖面;在飞行过程中根据当前状态和实际待飞航程,周期性更新阻力加速度倒数剖面。通过对阻力加速度剖面的跟踪进行纵向制导,解算倾侧角指令;通过倾侧角反向来进行侧向制导,限制航向角偏差。实现了再入轨迹的在线快速生成与更新,并利用阻力加速度动态特性,将其与跟踪制导结合,提出的方法效率高,适应性强,有工程应用的潜力。     

联信为A3XX准备了新的显示系统

这种适于Ａ３ＸＸ这样的超大型运输机的综合导航／危险显示器,能将导航显示和地形、气象等危险信息有序地结合在一起。由于采用较大尺寸的液晶显示器,与地形有关的垂直飞行剖面也能呈现在显示器上,用于飞机爬升和下降,并能在执行由巡航高度下滑到准备进近高度过程中进行飞行程序与飞行剖面的比较。联信为A3XX准备了新的显示系统     

飞行管理系统中飞行计划模块的功能设计与仿真实现

飞行计划模块包括飞行计划管理、航迹优化计算、飞行中实时执行等子功能模块。首先研究了飞行计划的人工创建、自动创建、状态管理等功能模块的实现方式;然后研究了水平航迹(水平计划)合成、三维航迹(垂直轨迹)优化和四维航迹生成模块的实现方式;对于飞行计划的实时执行功能模块,研究了由于危险天气、空管限制、飞机构形等因素限制而进行计划偏离、直飞、等待、激活备用计划、航路备降、盘旋等待等功能模块的实现方式;最后以波音737-800飞机的相关数据为例进行了仿真计算,研究结果可为飞行管理系统的研究提供参考。     

终端区域4D导引的高度剖面与速度剖面研究

对终端区域４Ｄ导航中高度剖面和速度剖面生成的基本算法进行了研究。结合已经开发的水平轨迹计算方法,生成终端区域的３Ｄ飞行剖面和速度剖面,然后产生４Ｄ导航指令,利用已生成的４Ｄ导航指令可在终端区域引导沿直线或曲线飞行的飞机在规定的时间到达指定地点,从而实现终端区域的４Ｄ导引。最后对某民航运输飞机进行了数值模拟,由计算中看出风对４Ｄ导航的速度剖面有较大的影响,结果还表明该方法计算量小,只需输入少量的参数     

民用飞机飞行管理仿真系统设计与实现

主要讨论关于广义飞行管理系统的仿真实现,对水平和垂直剖面优化算法及其飞行控制算法方面进行了相关研究,并且在Visual C++平台上实现了飞行计划、导航、四维制导、控制显示单元、ARINC429总线通信、主飞行显示和航图显示等功能。仿真结果表明,此仿真系统的设计是成功的,开展飞行管理系统的仿真研究在整个飞机的研制中具有十分重要的意义。     

共轴式直升机全差动航向操纵的动态响应分析

运用经典的垂直飞行涡流理论及共轴双旋翼全差动操纵的结构特征，推导了共轴式双旋翼直升机垂直飞行的航向动力学方程。根据有关共轴双旋翼在悬停及垂直飞行状态时气动特性的理论和实验数据，得出了共轴双旋翼直升机垂直飞行航向动力学方程的解析式。某型共轴双旋翼直升机计算实例，所得结果与该型直升机飞行特性一致。     

航空气象服务的可视化系统

本文通过利用常规的气象资料和NCEP预报场资料，利用物理量计算、诊断、分析等方法，建立二维和五维的可视化系统，对航路上的风场、温度场、重要天气区域等进行水平、垂直高度上的剖面，并对资料进行五维图形的显示，以提供丰富的航路气象资料。同时对航路上气象条件进行燃油消耗的评估，讨论其在飞行计划中的应用价值，探索安全条件下的气象经济飞行。     

飞行管理系统机载性能数据库应用技术研究

飞行管理系统(FMS)在垂直轨迹预计、垂直导航参数信息预报和垂直导引功能方面对飞行性能数据计算提出了大量需求,为了高效管理和实时使用飞行性能数据,提出了设计与创建机载性能数据库,分析了性能管理中机载性能数据库的组成、表结构、数据库文件生成与加载过程。提出采用性能数据库管理功能,进行读取、索引、查询、插值等方式处理性能数据,提高了飞行管理机载软件实时计算效率,有力地支持了机载软件工程化开发和系统验证。     

垂直机动飞行时飞机投外挂后的动态响应

本文在“飞机投外挂时的动态响应及其地面飞行模拟”的研究基础上,对垂直机动飞行时飞机投外挂后的动态响应进行研究。文中推导了该状态下的运动方程,采用积分变换方法,求得动态响应的解析解,并以歼7、歼8为例,进行了计算.计算结果表明:投放同样的外挂,垂直机动飞行时运动初期的动态响应与平直飞行时基本一致.飞机作垂直机动飞行时投外挂对飞行影响不大,符合规范要求.     

基于任务段的航空发动机载荷谱聚类方法

针对航空发动机飞行任务剖面分类问题,对发动机31个飞行任务剖面进行了聚类分析。选取飞行高度和飞行马赫数作为划分飞行任务剖面的参数, 依据其对应的飞行任务段均值生成聚类散点图,将剖面类型划分为5大类。结果表明:低空低速剖面在无量纲飞行高度为0~0.2、飞行马赫数为0.4~0.6区间,均值最低;高空高速剖面在无量纲飞行高度为1.2~2.2、飞行马赫数为1.0~1.8区间,均值最高;飞行任务剖面在无量纲飞行高度为0.2~1.2、飞行马赫数为0.6~1.0区间内最为集中;针对散点密集区域,可依据剖面特征进一步划分剖面类型;不同剖面间,飞行高度与飞行马赫数差异性强,利于剖面划分,而法向过载与转速差异性小,不利于剖面的划分。所提出的方法可以快速有效的对航空发动机飞行任务剖面进行聚类分析。      

基于四维导引的飞机纵向飞行剖面的解算与综合

定常Mach/CAS型下降是一种符合驾驶员实际操纵特性的剖面下降方法,可方便地用于对进入终端空域的飞机进行四维导引和控制。本文研究了这种四维飞行剖面的计算与综合技术,分析了剖面的构成与结构特点;讨论了剖面解算的数值积分算法和简化代数算法;对飞行速度剖面,提出了双参数描述法来扩大对飞行时间的调整范围,并开发了相应的迭代算法;最后以波音707飞机为对象,进行了数字仿真计算,得到了满意的结果。     

民机飞行管理系统建模与仿真实现

飞行管理系统的建模与仿真在民机飞行模拟器的研制中具有重要意义。研究了飞行管理计算机系统(FMCS)的建模。FMCS的功能通过飞行管理计算机(FMC)和控制显示组件(CDU)实现。基于Visual C 编译环境开发了CDU操作界面,可进行数据输入与飞机状态监控。建立了FMC的导航数据库和性能数据库,规划了飞机水平飞行轨迹,完成了侧向飞行控制。最后基于飞行手册给出的飞行剖面数据设计了次优垂直轨迹。仿真结果表明,水平轨迹规划算法切实有效。