飞机主动重心控制系统设计及应用

以我国先进飞机需求牵引为背景,研究了主动重心控制系统方案和设计方法.首先,构建了一种飞机主动重心控制系统结构方案,用于协调纵向重心与气动焦点之间的关系;其次,基于平衡输油系统建立了重心位移模型,提出了最佳重心位置设计准则,在此基础上设计了基于干扰观测器补偿的主动重心控制器,并将其应用到某型飞机超声速巡航中.仿真结果表明,该主动重心控制系统合理地协调了飞机的纵向稳定性和操纵性,并有效地减小了巡航阻力,提高了巡航的效率和航程.     

飞机重心包线修形分析

飞机重心包线是在综合权衡操纵性、稳定性、气动设计、结构设计和飞机装载等要求后确定的，在飞机设计实践中，需要进行重心修形，一是为了确保飞行安全，根据使用情况对飞机重心做出一些限制；二是为了降低有效载荷，实现结构减重；三是为了进一步提高飞机最大起飞重量，挖掘飞机的性能潜力，提高竞争力。结合型号任务，分析了国内外军民用飞机，尤其是空客系列和波音系列飞机的重量与平衡资料，提出了重心修形的主要考虑因素，并结合重心包线左上角修形，举例说明了包线修形时的重量、结构、强度和起落架专业的相关考虑，给出了修形的必要条件、一种修形方法和具体的修形步骤，可以供后续型号设计参考。飞机重心包线修形也是一个反复迭代的过程，通过不断迭代直到获得一个满足诸多要求的合理的最优解。     

飞机重心位置的计算分析方法

飞机重心位置对飞机的安定性和操纵性影响很大.不在飞机重心允许范围内装货或载客时,会使飞机操纵性和安定性变差,影响飞行安全.飞机重心位置计算分析是新型飞机研制、现役飞机加改(换)装设计等工程中必不可少的一个重要环节.以某型现役飞机进口短波单边带电台换装国产短波自适应/跳频电台工程作为研究对象,研究了基于力矩平衡法的飞机重心位置计算方法,计算了该型飞机换装短波电台后空机重心位置.计算结果表明,该型飞机进口短波电台换装国产短波电台后,空机状态下的重心位置满足重心允许范围要求.     

主动重心控制系统目标重心位置研究

目标重心位置的确定是主动重心控制系统设计的一个难题,提出一种目标重心位置设计方法,以指导主动重心控制系统的设计。通过梳理阻力与重心关系的相关参考文献,总结出理论最小阻力重心位置的关系式;考虑飞机重心测量的误差,对主动重心控制系统的目标重心位置的设计进行研究;并以空客A340 飞机为例,对主动重心控制策略进行分析。结果表明：阻力最小重心位置并不总是越靠后越好,目标重心位置应根据理论最小阻力重心位置和重心测量的误差进行设计,且燃油重心的测量误差对其影响很大;通过合理设计燃油转输门限,能在减小阻力、节省燃油消耗与减轻燃油系统/设备工作负担之间取得平衡。     

某教练机平尾的初步设计方法研究

介绍了平尾设计准则,较全面地综合了飞机的操纵性与稳定性、机动要求、推力影响、抬前轮过程、着陆过程以及纵向飞行品质等对平尾设计有重要影响的一些要求,在飞机重心范围内确定满足这些要求所需的平尾面积,最后给出了算例,验证了本文的设计方法.     

K8飞机研制中重量重心的控制

阐述了Ｋ８飞机从方案设计到设计定型整个过程重量重心的控制问题。由于控制方法适当、有效，使飞机重量控制致指标以下，飞机重心落在限制范围以内。     

民用飞机主动重心控制功能工程设计分析

为提高我国民用飞机实现主动重心控制功能的技术成熟度和工程实现的安全性,以主动重心控制功能原理为基础,参考国外典型飞机的设计方式,提出了主动重心控制功能应具备人工和自动两种控制方式,在一定的安全高度和系统状态条件下启动,并同时具有前向转输和后向转输的功能逻辑设计原则。在工程实现层面,构建了主动重心控制功能的系统架构,分析了典型飞机对座舱控制面板设计和显示告警等方面的考虑。在关键技术层面,分析了工程实现中可能遇到的燃油测量误差、飞机重心超限和控制器故障等问题,并提出了通过设置目标重心阈值和重心调节阈值、采用非相似的实时重心解算监控和允许重启并重新输入当前飞机重量重心等解决措施。相关结论可为我国民用飞机主动重心控制功能的工程设计提供参考。     

民用飞机重心包线研究

民用飞机重心包线是保证飞机使用安全的重要防线,是飞机飞行使用中不可逾越的一道屏障。重心包线设计的好坏不仅影响飞机的飞行性能,更直接影响飞机使用的经济性和安全性,其确定是总体、气动、操稳、性能、强度、重量等多专业分析、权衡的结果。从重心对性能的影响,重心限制边界的分析及如何设计好重心包线三个方面进行了较系统的分析研究,为...     

AutoCAD在飞机重心计算中的应用

以某型飞机为例，介绍了一种应用AutoCAD图解确定飞机重心的“面域法”，并针对飞行试验中几种飞机重心的相关问题给出了其AutoCAD解法。     

计算机辅助飞机重量工程（CAWE）系统

 飞机重量工程是处理飞机设计中有关重量问题的工程方法。一般包括飞机总重的估算;重量系数灵敏度分析;飞机各部件重量估算;各部件重心估算;飞机重心定位;飞机重心调整。这些问题在飞机设计过程中是很重要的,一般说来问题比较复杂,计算工作量很大,经验性强。如果采用飞机设计计算机辅助设计技术,将使设计师能够迅速、准确、经济地解     

翼身融合布局大型客机的重心分析

在翼身融合布局飞机的总体设计阶段,为评估飞机总体方案的重心范围,建立了重心分析模型.分析模型以翼身融合布局飞机的几何参数为基础,应用参数化方法快速完成客舱布置,以工程估算和代理模型两种方法完成飞机的重量估算并计算重心前后限,绘制重心云图.基于重心分析模型,在Matlab平台开发了重心分析程序.以555座级翼身融合布局飞机的总体方案为例子来验证本文开发的程序.结果表明本程序可快速实现BWB飞机的客舱布置和重心云图绘制,分析结果可为飞机的稳定性和操纵性评估提供重心数据.     

着水初始条件对水陆两栖飞机着水性能的影响

针对着水初始条件对水陆两栖飞机静水面降落性能影响的问题,使用非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和标准k-ω两方程模型求解非定常流场,耦合流体体积模型捕捉自由液面,结合改进的流场域网格划分策略,并借助任意拉格朗日欧拉方法处理机体、网格和水气交界面三者关系。基于上述方法,探讨初始姿态角、下降速度和前飞速度对着水性能的影响,其中驾驶舱与重心位置加速度、气动力与水动力、俯仰角与吃水深度等参数变化被考虑在内,逐步得到最优着水初始条件。结果表明：增大初始姿态角有利于减缓飞机各位置除初次触水过载峰值外过载峰值的变化。当飞机俯仰力矩出现极值时,驾驶舱垂向过载显著大于其他方向和位置过载。减小初始下降速度,各加速度值也随之减小,值得注意的是重心垂向加速度值与初始垂向下降速度平方值存在线性变化关系。着水前飞速度的选取应使得气动升力略大于重力,飞机才能获得更佳的着水性能。     

地效飞机的纵向稳定性和气动布局特点研究

分析了地面效应对飞机气动力特性的影响,以及地效飞机不同于常规飞机的纵向稳定性准则,包括重心与迎角焦点和高度焦点的位置关系、影响其纵向稳定性的主要气动导数等。研究结果表明,地效区内飞机的气动力随高度呈非线性变化,而重心必须位于迎角焦点与高度焦点之间并且靠近高度焦点才能保证地效飞机的纵向稳定性。最后根据地效飞机的稳定性准则,讨论了保证地效飞机良好飞行品质的气动布局要求。     

基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法

 针对飞机总体设计阶段重量重心(c.g.)估算的专业要求、设计方案反复调整的特点,提出了基于三维参数化建模的重量重心快速估算方法,从而实现后续的快速参数化调整。基于该方法的分析流程,通过分析飞机外形建模和结构、系统重量建模的工作对象和专业逻辑,对各个重量组成及其建模过程进行了参数化描述和流程定义,用于指导完成整个设计分析系统的开发实现。最后,通过算例演示了基于三维参数化建模进行重量重心快速估算的步骤。     

舰载机拦阻着舰载荷谱编制技术

舰载机舰面载荷谱是航母服役环境下飞机结构长寿命和耐久性设计的关键。依据舰载机在拦阻着舰过程中的舰面载荷特点，论述了现有编制方法的局限性，结合多体动力学仿真模型探讨了载荷谱编制的方案和流程，建立了拦阻着舰多体动力学运动方程和仿真模型，并进行了仿真计算。通过对舰载机飞行剖面以及拦阻着舰任务剖面特点分析，确定了飞机拦阻着舰任务段载荷谱的主要工况以及比例关系，编制出飞机拦阻着舰过程的重心谱，绘制出载荷谱超越曲线，为舰载机的设计载荷谱编制提供依据，具有较高的工程应用价值。     

运输机空投货物建模与任务性能影响因素研究

针对当前运输机空投货物模型可拓展性不强的问题,提出了分离体的建模方法。在无需分析货物与飞机整体质心变化的情况下,分别以货物和飞机为对象进行受力分析,推导了货物与飞机之间的相互作用力,建立了更加贴近实际的运输机单件货物空投和连续空投的动力学模型。最后,通过数值仿真,分析了飞行速度和牵引伞牵引比对空投任务性能的影响。结果表明,飞行速度和牵引比越大,飞机在货物干扰作用下的状态变化量越小。     

基于蜻蜓膜翅结构的飞机加强框的仿生设计

由于机动性和能耗的要求,飞机设计过程当中轻量化设计是十分重要的。经过亿万年的进化,在承受自身重量及生长环境的载荷过程中,生物体获得了适应环境的最优结构。通过分析蜻蜓膜翅和飞机机身加强框的结构相似性,提取决定蜻蜓膜翅结构优良力学性能的结构特征,将其应用到飞机机身加强框的设计当中,并用有限元工具验证了结构的优化效果。在同样的承载条件下,仿生型结构的比刚度比原型结构提高了2%~6%,比强度提高了1%~8%。同时,仿生型结构的最大应力减小,而最小应力明显增大,因此其应力分布更加均匀,从而体现了仿生结构件材料的优化分布和最大效能。     

Z型翼变体飞机的纵向多体动力学特性

机翼变形时,变体飞机的翼面积、惯性特性、全机焦点和重心位置等均会发生较大的变化,从而引起飞机的动态特性也随之改变。为此对机翼变形过程中的Z型翼变体飞机进行了纵向多体动力学建模仿真;推导了变形过程中变体飞机的六自由度非线性动力学方程,并通过简化得到了解耦后的纵向动力学方程。机翼折叠动态过程的气动特性数值模拟结果表明,不同折叠角速度下飞机的气动力相差不大。在机翼折叠角速度较小且忽略非定常气动效应的情况下,采用气动力准定常假设对变形过程中不同机翼折叠角速度下变体飞机的纵向响应进行了数值仿真,并研究了重心位置移动和气动特性变化对飞机变形过程动态特性的影响规律。结果表明,折叠过程中气动特性的变化是影响飞机动态特性的主要因素,机翼折叠后飞机的速度和迎角增加,且飞行高度下降较大。