飞机纵向机动飞行时动态响应的分析

本文以歼××机基准状态为纵向非定常机动飞行时,受到外界扰动持续作用为例,用数值计算方法计算了飞机受到强烈扰动后的动态响应。本文给出该机在一些典型飞行状态下的动态响应曲线,并对其进行讨论与分析.     

稳定俯仰机动飞行包线研究及最大机动载荷的计算

本文首先对 MIL—A—008861A 给出的对称机动飞行包线进行了概要的讨论:而后从纵向小扰动运动方程出发,导出了舵面以阶跃形式输入时的稳定俯仰运动方程的解;同时考虑到规范中给定过载和失速与操纵系统的限制,编制了各类飞机在不同飞行状态下计算飞行包线的通用程序;应用该程序可以计算出稳定俯仰机动时最严重的机翼载荷和平尾载荷以及相应的飞行状态。最后,本文进行了一例计算。     

先进战斗机过失速机动大气数据融合估计方法

可控的过失速机动是先进战斗机超机动性能的重要标志,飞机飞行包线的扩大已超出传统的大气数据系统测量范围,可靠的迎角、侧滑角、总压、静压等飞行大气数据是制约先进战斗机过失速机动中飞行控制的关键因素。以中国推力矢量验证机为对象,基于过失速机动飞行试验的数据,开展大气参数估计与验证研究。结合过失速机动的时间与空间特性,研究了基于风速、地速、空速矢量和惯性姿态、导航参数的大气参数融合计算方法;针对过失速大迎角状态下飞机周围气流非定常、模型非线性导致的融合大气参数误差的复杂特性,进一步构建深度神经网络,对机动状态融合迎角、侧滑角的强非线性误差进行拟合。仿真和飞行试验表明：该方法可在大迎角飞行状态下实现主要大气参数的融合估计,过失速机动过程中融合迎角误差优于2.3°,融合得到的大气参数可为过失速大迎角机动飞行控制提供可靠的大气参数状态反馈。     

飞机地面运动的模拟

歼×飞行模拟机研制过程中需要比较逼真地模拟出飞机在地面运动(包括滑行、转弯、起飞和着陆)的动态和操纵反应,并最后要得到驾驶员的认可。本文提出了飞机在地面运动的数学模型,其中包括机体坐标系的六自由度全量方程,相对于地面的运动速度和位置方程,各种不同跑道状态和刹车情况下机轮所受到的力和力矩方程等。本文对调试飞行模拟机时所遇到的几个问题,为飞机运动的平稳性、起飞滑跑的纵向动态等作了讨论,简要的分析产生各种现象的原因,说明所采用的解决措施。本文还根据驾驶员在飞行模拟机上操纵飞机起时实测所得数据,绘制出采取修正措施前后的运动参数随时间的变化曲线并进行了对比,对此结果说明措施是有效的。此外还列出一些表征起飞、着陆特征的数据。歼×飞行模拟机虽已经国家正式验收并投入使用,但在地面运动模拟中也存在一些缺点,对此,作者提出一些改进的初步意见。     

基于约束预测控制的飞行失控包线保护研究

风切变等大气扰动现象严重威胁飞机起降飞行安全。在受到随机风切变干扰下,离线设计的最优控制器无法保证飞行状态始终处在正常包线内。在大型民机线性变参数模型的基础上,从预防飞行失控的角度研究风切变下飞机进场着陆的预测控制方法。将飞行失控包线量化为状态约束,在此基础上设计在线模型预测控制器。仿真结果表明,利用预测控制的滚动优化策略,可使飞机在进场下滑阶段遭遇风切变时进行良好的下滑道捕获和跟踪,且将飞机状态始终约束在安全包线内。     

关于新一代飞机的设计载荷

设计载荷是确定飞机结构重量和保证安全的重要因素。常规操纵系统飞机的设计载荷都是由现行的强度规范规定的。但是对于采用主动控制技术和复合材料的高机动飞机,现行的规范已不合适。在过去10年中,飞机界的专家对此问题进行了大量研究。本文根据北约公开的材料介绍这些研究工作。本文首先评述了现有规范并指出其不足,然后讨论了安全系数。为确定主动控制的新飞机的设计载荷,介绍了3种方法,即概率法、作战飞行参数法和飞行参数包线法及其在EF2000飞机设计中的应用;还介绍了飞机设计的各种动载荷;最后提出了确定我国新一代飞机设计载荷的建议。     

机翼摇晃运动研究

机翼摇晃运动作为现代高机动性飞机在失速迎角附近飞行时出现的一种现象而受到普遍重视.迄今为止,对机翼摇晃的研究工作一般沿两种途径进行。一种为分析产生机翼摇晃的气流流动机理;另一种根据机翼摇晃时飞机运动的特点进行讨论。本文从飞机六自由度方程入手,建立描述大迎角机动飞行的空气动力模型。在此基础上,按照微分方程定性理论和传播矩阵,研究机翼摇晃的产生原因和飞机运动的特点。结果认为,机翼摇晃是一种非线性系统的Hopf分支现象.对具有中等后掠角机翼的飞机,产生机翼摇晃的主要原因是滚转阻尼力矩随迎角和侧滑角的变化.     

操纵面故障对飞行包线的影响研究

进行飞机操纵机构故障时飞行包线估计对提高飞行安全具有重要意义。针对飞机操纵面故障特点,提出一种在线飞行包线估计方法。首先根据操纵面对飞行动力学参数的影响建立故障参数模型,然后应用基于遗忘因子的最小二乘参数估计方法进行气动参数的在线估计,最后基于参数估计结果进行包线的精确估算和分析,计算结果可为驾驶员和包线保护控制提供参考。仿真分析表明,该方法能精确估计飞行包线范围。     

考虑故障模式的高速作战飞机飞行品质等级评估方法

高速作战飞机相比于传统飞机飞行包线广,且其系统复杂导致故障模式增加,若在全包线范围内满足很高的飞行品质要求,必然导致飞机方案难以闭合。因此,提出考虑故障模式的高速作战飞机飞行品质等级评估方法,以支撑高速作战飞机方案快速迭代闭合。在充分总结飞行品质与高速作战飞机故障模式的基础上,系统地分析系统故障、飞行包线,以及大气扰动等影响飞机飞行品质的因素,并计算其发生概率,进而在概念方案设计阶段,综合考虑多故障模式的影响,确定各种组合状态下,高速作战飞机应满足的飞行品质等级。     

歼×飞机长周期运动飞行体会

本文主要介绍在歼×飞机飞行品质试飞中关于长周期运动的飞行体会。其内容包括试飞方法、飞行体会(包括:爬升阶段、调整阶段、进入阶段、保持阶段和结束阶段),以及对歼×飞机长周期运动的几点评价。     

机动飞行下机载磁悬浮转子振动响应

为了探究机动飞行对机载磁悬浮转子振动响应的影响,建立了飞机机动飞行下柔性转子的运动微分方程和磁悬浮轴承模型,使用基础运动的6个参数描述了飞机转弯和俯冲拉升2种机动飞行的完整过程,对1个磁悬浮轴承支承的单盘柔性转子进行了振动响应数值计算分析。仿真结果表明：采用比例-微分控制的磁悬浮轴承转子系统在飞机转弯和俯冲拉升时,转子进动中心会随着机动飞行过程发生偏移,转子振动增大,可能与磁悬浮轴承发生碰摩故障;采用比例-积分-微分控制时,磁悬浮轴承可以以增大控制电流为代价减小机动飞行对转子振动的影响。为了实现磁悬浮轴承在航空发动机等机载旋转机械上的应用,在磁悬浮转子系统设计时要充分考虑机动飞行对振动响应的影响。     

俯仰敏捷性评估与影响因素研究

建立了现代高机动性能战斗机俯仰敏捷性仿真计算数学模型和机动飞行时的操纵动作，以Ｆ－１６战斗机为例，计算并讨论了初始飞行状态以及飞行控制系统参数对战斗机俯仰敏捷性的影响。结果表明，选择适当的飞行状态，有利于更好地发挥飞机的俯仰敏捷性；降低飞机整体系统的阻尼，将有利于提高飞机的俯仰敏捷性；控制系统有关参数的设计，除考虑飞行品质要求外，还需综合考虑飞机敏捷性等方面的要求。     

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.     

结冰对飞机飞行包线影响分析及控制

为解决飞机在结冰后因飞行包线范围缩小而危及飞行安全的问题,针对飞机纵向三自由度非线性模型分析了翼面结冰对飞行包线的影响。在二级折线软限制式迎角限制器中引入结冰信息,综合考虑各个结冰传感器信号,通过比较采用对迎角、襟翼偏度限制最大的结冰信号来设定限制器阀值,在线/实时地改变可用飞行包线范围,使结冰飞机在缩小的飞行包线范围内能够安全飞行。仿真计算表明,该方法实用有效,可供飞机结冰问题研究人员参考。     

弹射试验机机动飞行弹射的动态响应

机动飞行状态下弹射试验时，弹射力对飞机的扰动是关系到弹射试验机安全的重要问题。结合某型弹射座椅空弹鉴定试验，分析了在俯冲、俯冲下沉、横滚和倒飞状态弹射时弹射试验机的响应。结果证明，在一定的高度速度范围进行机动飞行状态弹射试验是安全的。     

超机动飞机边界保护控制器设计

针对超机动飞机过失速机动的飞行安全问题,提出了一种飞行边界保护控制方法。首先采用动态逆控制方法解决了超机动飞机模型中的非线性和耦合性问题,然后通过求解超机动飞机的动态配平点的可达集,来确定飞机在任意飞行状态下的安全飞行边界,最后将所获得的动态边界集成到动态逆控制器中来约束飞机的机动范围,以降低超机动飞机完成过失速机动时的失控风险。仿真结果表明,所设计的飞行边界保护控制器能够改善超机动飞机过失速机动飞行时的指令跟踪效果,更好地完成Cobra等过失速机动动作,提高了飞行的安全性。     

直升机稳定转弯飞行中的运动学问题研究

阐明了转弯飞行是直升机的基本机动科目,现有的运动学问题研究仅从性能的角度出发,分析转弯过程中的过载、转弯半径等,忽略了转弯过程中的迎角、侧滑角、姿态和角速度等运动参数的变化,因而不能合理地预测转弯过程中旋翼的真实能力、直升机的机动性能及飞行轨迹。文中着重介绍了一种直升机稳定转弯时的运动学分析方法,该方法建立了不同稳定转弯条件下,速度、迎角、侧滑角与过载系数、姿态、角速度之间的关系,定量分析了不同稳定转弯条件对直升机角速度和姿态的影响。     

对纵向飞行品质的几点看法

本文对纵向飞行品质要求中“操纵期望参数CAP”、“机动飞行中的操纵运动”和“起飞中的纵向操纵”三个问题提出一些看法。认为对不使用控制增稳的飞机,CAP参数中A种飞行阶段一级下边界要求0.28显得偏高,特别是对带有较多外挂物要进行对地攻击的飞机更难于满足;对单位过载杆位移的要求,原OTT中要求X~n>12mm/g比较含糊,把它理解为对整个飞行包线内所求飞行情况的要求,并且作为力臂调节器设计中变臂比选择的重要依据,可能有问题,应该结合我国具体情况确定出适合我国情况的X~n要求;对起飞中的纵向操纵应考虑飞机起飞滑跑时加速度的影响,队为MIL-F-8785B中要求在0.9V_(min)达到起飞离地姿态和OTT中要求在0.8V_(离地)抬前轮是基本一致的。     

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。     

机动飞行时发动机转子系统动力学统一模型

利用Lagrange方程建立了飞机在任意空间机动飞行时发动机安装在飞机上任意位置条件下不平衡多盘、多质量和多轴承线性及非线性柔性转子系统动力学的统一模型,讨论了飞机的空间机动飞行对发动机转子系统动力特性的影响.结果表明飞机的空间机动飞行不仅在发动机的转子系统上产生了非周期性的附加外激励力,而且还会产生附加的阻尼和刚度效应,这些效应不仅会影响转子系统运动轨道的大小而且会使转子系统运动轨道的中心发生偏移,从而可能使发动机转子与定子之间发生局部的碰磨.因此,在分析航空发动机转子系统的动力特性时,必须考虑飞机机动飞行因素对转子系统动力特性的影响.