利于冬季飞行的太阳能飞机构型研究

针对冬季太阳辐射强度较弱的问题,提出并研究了一种新型太阳能飞机构型。概述了太阳能飞机的总体构型,建立了太阳辐射和能源动力系统模型,对飞机的气动、能量、质量及机翼最优偏转角等特性进行了分析,给出了适用于该构型太阳能飞机的总体参数设计方法,并对构型设计参数进行了研究。结果表明:机翼偏转角的存在可有效提高太阳能飞机所接收的太阳辐射能量。综合考虑太阳辐射能量和推进系统质量,机翼最优偏转角在7.4°~9.5°之间,其随时刻变化;端板最优展弦比为5左右,端板与机翼的最优面积比为0.09,端板最大许用升力系数的最优值为1.1。新构型太阳能飞机总面积比常规构型减小44.2%,其优势明显。     

单发飞机重力供油的试飞方法

本文介绍了在某型单发飞机重力供油试验时所选取的试飞状态和试飞方法，并对试验结果进行了分析。试验结果表明：该试验方案及试飞方法较为安全、可靠。     

飞行参数对太阳能飞机中光伏组件性能影响的研究

太阳能飞机的动力来自光伏组件的发电,飞机飞行参数(飞行高度、飞行速度等)会影响光伏组件的性能。因此,本文从飞行参数出发,分析并总结出其影响单晶硅光伏组件性能的规律。结论为:当飞行高度在0～12km范围内,光伏组件的性能随着高度的增加而增加,但有饱和的趋势;当超过22km时,组件性能下降。飞行速度的增加有提升光伏组件性能的趋势,原因在于组件表面温度会随着速度的增加而下降。一天之中,光伏组件性能基本以太阳12点为轴近似对称,中午最强,上午略高于下午;一年中组件性能夏季最强,冬季最弱。当飞行区域处于低纬度时,一年之中光伏组件性能变化较小,总输出功率相对较大;而在高纬度区域,组件性能波动较大,总输出功率相对较小。本文为长时间驻空飞行的太阳能飞机的研制提供一定的帮助。     

飞行状态对太阳能飞机中组件性能的影响

基于光伏组件产生功率模型,研究了太阳能飞机中飞行速度、高度、时间及区域等状态参数影响组件性能的规律。以单晶硅组件及Xihe太阳能飞机为研究对象,当飞机飞行速度增加时,组件产生的功率随之增加但趋于饱和。原因在于速度的增加能有效降低组件的表面温度,但提升是有限的。飞机所需的功率随飞行速度呈现指数增加,且组件产生的功率与飞机所需的功率有能量平衡点。组件产生的功率随飞行高度的增加而增加,但有饱和的趋势。原因在于,当飞行高度上升,大气温度随之下降,组件表面温度下降;同时海拔越高,大气密度和大气通透率越大,太阳辐射增加,从而组件产生的功率增加了;饱和的原因在于组件本身性能的限制。一天之中,组件产生的功率基本以太阳时12点为中心左右近似对称,中午最强;一年中组件性能在夏季最强,冬季最弱。原因在于组件性能主要由所受太阳辐射决定。随着纬度的增加,组件产生的功率减小。原因在于,纬度越高,太阳高度角越小,组件所能接受到的太阳辐射也就越小;纬度越低,组件总产生功率越高且平稳。纬度低的地区更适合太阳能飞机的飞行。该文为太阳能飞机的能量分配、长时间驻空提供一定的帮助。     

太阳能飞机的现状和发展趋势

该文首先介绍几种国外设计成功或者正在研制的太阳能飞机,然后对太阳能飞机的关键技术和发展趋势做了分析.     

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。     

失重飞机飞行方法研究

通过分析失重飞机飞行的运动特性、失重飞行操纵方法以及失重飞行的影响因素等,总结了失重抛物线飞行的基本方法。在理论分析的基础上,通过模拟仿真试验的手段对失重抛物线飞行的全过程进行了飞行仿真试验,对失重飞行的操纵方法进行了研究。仿真试验表明,此飞行方法是可行的,可为失重飞机飞行试验提供参考。     

旋转机翼飞机旋翼飞行动力学模型及配平

论述和建立了旋转机翼飞机在旋翼飞行模式下,低速前飞时飞机的飞行动力学模型。根据飞行特点,建立了低速前飞情形下的简化飞行动力学模型。针对旋转机翼飞机的旋翼特点,在建立模型时,考虑了旋翼旋转引起的下洗流对机体的影响;研究了旋转机翼飞机在低速前飞时的配平,提出了一种简化的计算方法,并以某样机为例,建立模型并配平,验证了模型的正确性;最后,研究了重心位置对前飞时纵向操纵和俯仰姿态的影响。     

15米翼展太阳能飞机机翼颤振分析和刚度设计

太阳能飞机小刚度和大变形的特点导致其普遍存在颤振问题,因此有必要合理建立太阳能飞机的动力学模型并进行颤振分析。以国内某15米翼展太阳能飞机为研究对象,建立初始的动力学模型,然后根据目标颤振速度调节模型刚度,得到了与目标颤振速度匹配的机翼主梁刚度,从而实现太阳能飞机的动力学反向建模,并在此基础上进行颤振分析,形成完整的太阳能飞机颤振分析设计方法。结果表明:该机翼扭转刚度增大70%,其颤振速度可提高29%。本文方法可用于指导15米太阳能飞机的防颤振设计。     

太阳能飞机机翼翼型对光伏组件性能的影响

结合5种太阳能飞机翼型(BC3111、BC3X92、BCS127、BC2125和SD7080)的气动性特点,建模并研究了机翼上安装的光伏组件太阳高度角及其产生功率。研究证明:飞机向北飞行的时候,所有翼型上光伏组件太阳高度角随着弦上位置的增加而振荡上升,且有趋于饱和值的趋势;而向南飞行的时候,却呈现相反的趋势。当飞机向北飞行时,机翼弦向后端曲度小,机翼表面更接近1个斜平面,光伏组件的表面更倾向太阳,导致太阳高度角大;而当飞机向南飞行时,情况正好相反;当飞机东西方向飞行时,机翼翼型对组件太阳高度角无影响。发现所有翼型上光伏组件产生功率在向北飞行时比向南飞行时多,而东西向飞行时组件产生功率为固定值。原因在于,向北飞行时,组件接受到的太阳光更大。当飞机向北飞行时,应选择BC3X92翼型,不仅气动性最佳,而且组件产生功率也最大;而向南飞时,可选择SD7080型和BCS127型实现组件最大功率输出。     

舰载飞机着舰精确轨迹控制研究

针对舰载机着舰过程的精确航迹控制要求,利用现有机上的控制设备,采用系统综合设计的方法,给出了两种航迹控制系统———风参考航迹控制系统和惯性参考航迹控制系统,通过仿真分析,给出了系统的性能差异。     

舰载飞机着舰航迹角控制器设计

为提高舰载飞机的着舰精度,基于总能量控制理论设计了着舰下滑航迹角控制器。频域分析结果表明,该控制系统使航迹角的响应带宽为1.21rad/s,满足了设计要求。基于非线性模型的仿真结果表明,该系统不但能够使航迹角快速地响应阶跃输入指令和保持飞行速度基本不变,且对于气动参数的摄动具有较好的鲁棒性。     

基于FTCS软件的民用飞机试飞任务优化研究

民用飞机试飞任务优化对提高试飞任务执行效率、缩短试飞取证周期具有重要意义。基于民用飞机试飞规划与管理软件,对人机交互任务单编制、单个任务单优化以及多个任务单优化进行了研究,探索出一条民机试飞任务优化的有效方法。结果表明,FTCS软件可极大降低试飞工程师的工作量,并提高试飞任务单的编制质量。     

基于预测校正积分法的飞行轨迹再现

根据DFDR记录的飞行数据再现飞行过程。对飞行事故分析和提高飞行员的飞行技能都具有重要意义。给出根据DFDR记录数据运用预测校正法积分计算飞行轨迹和其他飞行参数，实现飞行过程再现的一种简单算法．并给出使用Matlab进行计算和绘图的算例计算结果，证明该算法简便有效。     

航空器海上飞行空域规划方法

为充分利用海上空域资源,提供海上飞行有效空域活动范围,针对海上空域可用资源问题进行了研究,主要目的是寻找一种有效的海上空域可用资源规划方法。一方面,分析了我国周边海域的海上空域资源,并基于岸基军、民航已规划使用空域的环境数据,结合周边空管雷达监视能力服务范围信息,设计了一种基于图形栅格化法的海上空域资源智能规划方法。另一方面,基于协同区域随机搜索算法,分析计算出适合航空器飞行的海上空域数据,可为航空器海上飞行空域规划提供可靠依据。     

一种基于飞机总能量控制飞行速度/航迹的解耦控制系统设计新方法

在分析总能量控制理论的基础上,提出一种简单实用的飞机飞行速度/航迹解耦控制器设计方法,它以飞机能量控制和能量分配为内核,通过选择合适的误差反馈,采用工程上常用的试凑法,即可获得理想的解耦控制效果。以某型飞机为对象,以飞行速度/高度的解耦控制为例,验证了该方法的有效性。     

基于机翼-帆尾的高纬度跨年驻留太阳能飞机总体参数设计方法

拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出：在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化（QPSO）算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18 km。详细分析了此方案在23.5°N~55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明：与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。     

民用飞机驾驶舱布置对比分析研究

当今民航最主流飞机制造商为空客和波音两家,以A320和波音737-800两种典型机型为例,对比分析驾驶舱内总体布置和细节布置的差异,并从设计师的角度提出了对民机驾驶舱布置设计的建议,为国内设计大型客机驾驶舱提供参考。     

大型飞机推力调节应急飞行控制研究

推力调节(Propulsion Controlled Aircraft,以下简称PCA)应急飞行控制作为一种替代的控制策略,能够通过仅调节发动机推力,对常规操纵舵面失效的飞机提供一定的控制能力。首先从动力学角度对推力调节的可行性进行了分析,并在此基础上建立了PCA 总体方案,然后采用内环增稳、外环设计PID 控制器的方法,完成了PCA 纵向航迹倾斜角控制器、横航向滚转角控制器的设计,仿真结果表明利用推力调节实现航迹控制是可行的。最后将所设计的控制器应用于自动着陆系统,飞机能够准确跟踪航迹,满足性能要求。