飞机起飞爬升四维轨迹合成计算

等Mach/CAS爬升是一种符合驾驶员实际操作特性的爬升方法,可方便地对飞机进行四维导引和控制.研究了这种四维飞行剖面的计算与综合,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解算方法.最后以B737飞机为对象,进行了仿真计算,得到了满意的结果.     

四维下降飞行技术的研究与仿真：定常航迹角法下降剖面解算

本文研究的是四维飞行性能管理系统的核心环节－飞机在终端区域内的四维下降技术，首先探讨了基于常值航迹角的定常Ｍ数／指示空速下降飞行技术，论述了其高度剖面的构成与特点，通过尤拉积分方法求解飞机运动方程，实现了高度冲面的解算。其次开发了对速度剖面的迭代过程，选取原则及方法。本文在进行理论分析的同时，还开发了满意的仿真软件，一了其应用价值。     

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。     

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     

基于ANP数据库的飞机起飞剖面航迹的计算研究

从ANP数据库中获取各机型的飞行程序和性能参数．结合理论飞行程序,研究了如何计算飞机起飞航迹以及航迹上各点的推力、速度,姿态等的算法,并以波音747-200为例计算和绘制飞机起飞的剖面航迹,为绘制飞机或机场周围噪声等值线图以及进行飞机噪声适航审定提供了研究的前提和基础。     

紊流环境下四维轨迹优化的伪谱方法研究

为了提高紊流条件下飞机的飞行安全,提出了一种基于伪谱方法的四维轨迹优化方法。建立了不确定环境中的飞机动力学模型和紊流模型,并设计了目标函数和约束条件;通过伪谱法将不确定环境下的四维轨迹优化问题转化为非线性优化问题,然后应用序列二次规划对该问题进行求解;讨论了不同的配点数对优化结果的影响,分析比较了GPM,LPM和RPM三种伪谱法的特点。仿真结果表明,紊流情况下,所提算法可以精确地找到四维飞行轨迹。     

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。      

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%。     

太阳能飞机能量平衡建模

能量平衡是太阳能飞机设计工作的核心和难点。基于太阳能飞机能量原理,结合太阳辐射模型和太阳能飞机典型飞行剖面开展太阳能飞机能量平衡建模研究。根据太阳能飞机起飞-爬升-巡航阶段和持续跨昼夜飞行阶段的飞行剖面和能量需求,分别建立了各阶段的能量平衡模型,给出了各时段的能量特性计算方法并对傍晚下滑阶段的多种飞行情况进行了分类讨论。最后以某太阳能飞机为例对本文所建立的起飞-爬升-巡航能量平衡模型和持续跨昼夜飞行能量平衡模型进行了验证。     

基于成本指数的民机四维航迹预测优化算法

近年来,四维轨迹预测与优化功能成为了飞行管理系统(Flight Management System,简称FMS)技术的研究热点。航迹预测结果的准确性直接关系着飞机的参数指标,同时也关系着飞机运行的经济性,甚至决定飞机的安全性。从飞机运行的成本角度出发,根据运行成本建立飞机运行的代价函数模型,分别对巡航阶段的速度和高度建模,将代价函数作为优化对象对四维航迹预测结果进行优化,总结出一套最经济巡航速度以及最经济巡航高度的计算方法,为民用飞机四维航迹预测的优化提供了切实可行的理论参考。     

终端区域理想速度剖面的生成

本文着重探讨了飞机进入终端区域后理想速度剖面的生成问题,目的是通过执行理想剖面生成算法,达到对飞机进行精确的时间控制,消除等待时间,提高机场利用率,达到节省燃料减少延误的目的。     

多旋翼飞行器涡环状态数值模拟

旋翼类飞行器在进入涡环状态时极易发生安全事故。采用基于非结构网格的滑移网格技术对多旋翼飞行器的气动特性进行了数值模拟,并进行了试验验证。分别模拟了多旋翼飞行器垂直下降状态和30°斜向下下降状态时的流场,得到该状态下多旋翼飞行器的气动特性和滑流区流场规律,并分析了力与功率的变化规律。研究发现:多旋翼飞行器在垂直下降状态和30°斜向下状态均会进入涡环状态,在垂直下降速度为4 m/s时,多旋翼飞行器已经处于涡环状态,旋翼的拉力损失会达到15%,旋翼功率随下降速度的增大先增大后减小,且不同旋翼拉力大小和功率大小不一致。当30°斜下降速度为4~6 m/s时,多旋翼飞行器处于涡环状态。该结论可为多旋翼无人机的安全飞行提供参考。     

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。     

飞行管理系统下降路径构建及应用研究

在飞行管理系统下降设计中，通过下降路径的构建可为接近目的机场提供一个垂直轨迹，使飞机遵守终端区各种限制要求，从而精确控制下降路径，满足安全性要求。本文分析了下降路径的定义及其在典型机型中的构建方法，给出了下降路径的描述方法及实现途径，并对具体机型中的应用做了简要介绍。     

基于高空风修正的四维航迹优化算法

航迹预测是基于航空器航迹运行的核心技术,也是空中交通流量管理的基础技术。结合航空器飞行速度数据与航段飞行时间数据,分析高空风对航空器飞行时间的影响。基于GRIB2格式风数据,建立高空风修正模型,提出一种四维航迹优化算法进行航迹预测。利用中南区域实际航班飞行数据进行算例仿真,并与实际雷达飞行数据进行对比。对比结果表明,预测飞行时间总误差分别减少了7%和16.4%,从而验证了模型的有效性与正确性。     

终端区多机协同进场下的飞机性能参数优化方法

为了降低多条航路上下降至同一航路点的多架飞机最后巡航阶段和下降阶段的运行总成本,同时要确保飞机的飞行安全,研究了多架飞机下降至同一航路点时降低总运行成本的参数优化方法。首先,介绍了飞机性能参数计算方法;其次,为了提高寻找飞至同一航路点各架飞机使得总运行成本最低的合适指示空速的计算速度,建立了考虑间隔约束的参数优化模型,并通过精英保留的遗传算法进行优化运算;最后,用某型民用飞机对建立的模型进行算例仿真。结果表明,该模型能准确计算出各架飞机使总运行成本最低的指示空速,对航空公司处理多架飞机下降至同一航路点降低总运行成本有较大的指导意义。     

面向智能空战的它机协同试飞验证方法

为验证无人机自主协同算法在空战环境下的适用性，提出了一种高等效的它机协同试飞验证方法。根据算法功能实现的需求，以成熟的民用固定翼无人机平台为基础进行改装，搭建它机试飞平台，对真实空战环境开展模拟和等效设计。以四机协同编队算法为例，在试飞平台上移植算法程序，开展相关科目试飞验证。当需要验证不同控制算法时，无需针对它机试飞平台开发控制策略，只需修改控制算法即可。试验结果表明：编队综合误差较小，算法能够实现无人机编队的稳定控制；同时，它机协同试飞验证方法因其迭代速度快、安全稳定性高、成本低等特点，可用作中间阶段算法的前置试飞手段，为算法的开发迭代提供有效验证。