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。     

变直径倾转旋翼机设计重心包线研究

倾转旋翼机具有直升机垂直起降和固定翼高速前飞的特点，而变直径倾转旋翼机可以同时满足其悬停和巡航状态对旋翼的设计要求。基于飞行动力学模型，提出一种倾转旋翼机重心极限及设计重心包线计算方法。以XV-15进行方法验证，分析了旋翼变直径对全机重心包线的影响。结果表明，大直径有利于扩大直升机模式和过渡状态的重心包线，而直径变化对固定翼飞机模式重心包线无影响。     

飞机乘客重量最优布置的一种建模方法

飞机重心对飞行安全至关重要,也影响着飞机的性能。本文给出了乘客重量的定义,分析了飞机纵向重心对飞行性能的影响。通过分析确定了以乘客重量为自变量的约束条件和以实现所有乘客的纵向重心坐标靠近重心后极限为目的的目标函数,建立了考察不同重量的乘客在飞机中的座位最优布置的优化模型,并从理论上说明了优化模型具有最优解。算例结果表明,建立的最优化模型存在最优解,用此模型求解目标函数可行。此模型同样适用于行李箱布置与货物装载。     

考虑重心位置不确定性的无尾无人机优化设计

飞机的飞行性能与重心(CG)位置密切相关,尤其是后掠式无尾飞机的重心位置对其飞行性能影响更甚,如果重心位置发生变化,升力分布随之改变,进而影响飞机航时。针对这个问题,从气动布局和设计方法两方面,设计了一种航时对重心位置不敏感的无尾无人机(UAV)。气动布局上,提出了利用螺旋桨动力配平纵向力矩的鸥翼(GW)布局,以减小重心位置变化对升阻特性的影响;设计方法上,采用稳健性优化设计(RDO)理论,分析重心位置不确定时的航时低敏感度问题。以一架小型电动无人机为研究对象,建立了无尾无人机稳健性优化设计环境,包括总体设计、代理模型构造以及稳健性优化。分析结果表明:利用螺旋桨动力配平的鸥翼布局使重心可用范围增加了5%;静安定裕度在5%~15%变化时,该布局可以有效提高航时稳健性。采用稳健性优化得到的无人机几何参数,大幅度降低了重心位置对航时的影响,显著提升了满足约束的概率。     

飞行包线对飞行安全影响研究

论述了军用飞机飞行包线的定义、变化、来源、分类、构成、功用和影响因素,详细分析了飞行速度、飞行高度、飞行过载、大气状况、飞机构型、发动机使用限制等因素对飞行包线的限制和影响,结合国内资深飞行员的飞行经验,得出只有采取针对性措施,才能有效保证飞机不超出飞行包线范围,从而降低飞行员操作失误,对保证飞行安全有很好的指导作用,展望了现代飞机飞行包线的扩展远景。     

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.     

倾斜尾桨对直升机设计重心包线的影响

以UH-60A为例建立了直升机非线性飞行动力学模型,对算例进行配平验证;基于配平操纵量和陆军航空设计标准ADS-33E-PRF飞行品质规范中的稳定性指标,分析了重心变化所产生的影响,提出了一种计算直升机设计重心包线的方法;计算了不同尾桨倾斜角下的重心包线,分析了倾斜尾桨对重心包线的影响。结果表明,在一定范围内,重心包线随倾斜角增大而后移;对于样例直升机,尾桨倾斜角为20°时的重心变化范围比无倾斜角下的重心变化范围扩大了约20%。     

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.     

称重平衡系统在大型飞机重量重心测量上的应用

称重平衡系统是大型飞机很重要的一套系统,主要用来实时测量、计算飞机的重量和重心位置,从而可以连续反馈飞机的重量和重心,向飞行控制系统传输信息,由飞行控制系统调整空投时的飞行姿态.     

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

考虑到飞机带冰飞行的安全问题，对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点，提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入，获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型，采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律，通过在动态逆环节引入单隐层神经网络，对不确定性逆误差进行自适应补偿，增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度，设计自动油门控制系统，实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明，所设计的结冰边界保护系统，能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。     

Envelope protection for aircraft encountering upset condition based on dynamic envelope enlargement

Upset condition encountered by an aircraft in flight could pose great threat to flight safety, which is of chief importance in civil aviation. The causal factors have the nonlinear and multiple characteristics, and as a result the conventional envelope protection system cannot successfully do with the condition. So dynamic envelope based on differential manifold theory, which can take more coupling factors into account, is proposed as a basis to design a novel envelope protection system. Then the relationship between the dynamic envelope and the control coefficient or pilot command is obtained, and the result shows that the dynamic envelope can be enlarged with the change of control coefficient. Furthermore, quantification of flight security is realized via defining relative distance between flight state and dynamic envelope, which can detect whether there is a risk for an aircraft in flight. Finally, an envelope protection system based on dynamic envelope enlargement is proposed on the basis. NASA’s Generic Transport Model encountering hazard gust wind in climbing phase is taken as an example to verify the system’s feasibility. The result shows that the system can give a better operation encountering upset condition and to a certain extent reduce the number of accidents or incidents.     

战斗机超机动飞行自抗扰控制器设计

提出了一种利用自抗扰控制器算法在大包线范围内设计超机动飞行控制系统的新方法。根据奇异摄动理论和自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快慢子回路中分别引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,大大简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决大包线范围内的超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

复杂结冰环境下飞机鲁棒飞行安全包线分析

结冰是威胁飞行安全的重要环境因素,研究复杂结冰环境下飞机的飞行安全包线对于飞行安全边界保护,确保飞机飞行安全具有重要意义。以RCAM为研究对象,利用时间尺度分离原则将飞机解耦成两个子系统,建立了考虑飞机横向运动的纵向运动模型和复杂结冰环境下鲁棒气动导数模型。基于可达集最优控制理论,以反向可达集作为飞机复杂结冰环境下的飞行安全包线,利用可达性分析研究结冰及横向滚转运动对飞行安全包线的影响,在此基础上,进一步分析考虑不同结冰程度下结冰位置、冰型及分布等不确定性结冰情况时飞机的鲁棒飞行安全包线。仿真结果表明,随着结冰程度增加,飞行安全包线不断收缩,当考虑结冰不确定性因素时,轻度结冰条件下的鲁棒飞行安全包线较重度结冰条件下收缩更为严重。因此,即使飞机只是遭遇轻度结冰,但当存在不确定性因素时,飞行风险仍然较大,飞行员应该保持警惕。研究结果可为飞机在复杂结冰环境下的边界保护提供支撑和参考。     

飞机机动飞行的非线性解耦控制研究

本文针对12维非线性飞机动力学模型,利用非线性逆动力学理论和现代最优控制理论设计了一组含有指令静差积分环节的非线性解耦控制规律。这组控制规律使得对状态变量、控制变量以及它们变化率进行加权约束的性能指标极小,并能用平缓的操纵反应和较小的控制能量使飞机达到完全解耦的指定状态。由于这组控制规律计及了飞机动力学模型中的非线性因素,能够弥补飞机机动飞行时非线性特性的恶化影响,在整个飞行包线内都能为飞机提供优良的操纵品质和飞行性能。     

Comprehensive analysis of transport aircraft flight performance

This paper reviews the state-of-the art in comprehensive performance codes for fixed-wing aircraft. The importance of system analysis in flight performance is discussed. The paper highlights the role of aerodynamics, propulsion, flight mechanics, aeroacoustics, flight operation, numerical optimisation, stochastic methods and numerical analysis. The latter discipline is used to investigate the sensitivities of the sub-systems to uncertainties in critical state parameters or functional parameters. The paper discusses critically the data used for performance analysis, and the areas where progress is required.

Comprehensive analysis codes can be used for mission fuel planning, envelope exploration, competition analysis, a wide variety of environmental studies, marketing analysis, aircraft certification and conceptual aircraft design.

A comprehensive program that uses the multi-disciplinary approach for transport aircraft is presented. The model includes a geometry deck, a separate engine input deck with the main parameters, a database of engine performance from an independent simulation, and an operational deck. The comprehensive code has modules for deriving the geometry from bitmap files, an aerodynamics model for all flight conditions, a flight mechanics model for flight envelopes and mission analysis, an aircraft noise model and engine emissions. The model is validated at different levels. Validation of the aerodynamic model is done against the scale models DLR-F4 and F6. A general model analysis and flight envelope exploration are shown for the Boeing B-777-300 with GE-90 turbofan engines with intermediate passenger capacity (394 passengers in 2 classes). Validation of the flight model is done by sensitivity analysis on the wetted area (or profile drag), on the specific air range, the brake-release gross weight and the aircraft noise. A variety of results is shown, including specific air range charts, take-off weight–altitude charts, payload-range performance, atmospheric effects, economic Mach number and noise trajectories at F.A.R. landing points.     

扩展分支分析方法在飞行动力学中的应用

将分支分析和突变理论方法扩展后,应用于飞机全包线范围内平衡特性的连续计算和稳定性分析,提出了以扩展分支分析方法为基础的反馈参数连续调参的控制律设计方法。研究结果表明,扩展分支分析方法不仅能获得飞行性能指标,而且可确定非线性飞行动力学系统的稳定特性,是综合进行性能计算、品质分析及控制律设计的一种有效方法。     

飞机燃油测量系统误差与精度分析

燃油测量系统是燃油系统的重要子系统之一,其精度、可靠性和维护性对飞机整体性能都有很大的影响。实时、精确地测量油箱内的剩余油量对于保证飞机安全飞行,实现重心控制、燃油管理、耗油顺序优化等功能有重要意义。同时,对于民用飞机而言,燃油测量系统精度的提高将直接影响飞机的经济性。从常见的燃油测量系统误差入手,分析了各个因素对测量...     

发动机空中起动包线扩展试飞组织与实施

适航条款要求装配两台发动机的飞机,在单发失效后在一定的高度、速度和发动机状态下具备重新起动的能力。为表明对适航条款的符合性,飞机主制造商必须开展发动机空中起动包线扩展试飞(简称空起扩包试飞)试验。而发动机空起扩包试飞是一项风险高、难度大,影响因素众多而复杂的试飞任务。以某型飞机的空起扩包试飞为参考,从试飞科目分析、试飞准备、试飞组织与实施、试飞试验结果等方面总结了相关试飞经验,分析了试飞员、指挥员、试飞工程师、课题和设计人员在空地决策机制方面的专业知识和角色定位。及时把握飞机的状态,并判读试验点的有效性,是试验高效和安全开展的有力保障。该空起扩包试飞的成功组织与实施为后续试飞活动及未来其他型号的类似试验奠定了良好的基础,提供了一定的技术储备。     

修理补片对飞机基本飞行性能的影响分析

首先利用欧拉方程计算了飞机特殊部位蒙皮受损修补后修理补片对气动特性的影响．继而估算了这一气动特性的变化对飞机基本飞行性能的影响．为以可靠性为中心的飞机维修提供了科学的参考依据。具有一定的实际意义。