基于航迹运行的大型客机推力管理系统需求分析

在基于航迹的运行(Trajectory Based Operation,TBO)模式中,推力管理是使飞机在安全飞行的同时,提高燃油经济性、飞行性能的关键技术。为了分析出必要可要的需求,基于民航客机推力及飞行性能原理,本文分析了基于4D-TBO的推力管理的功能及实施相关功能所必须的数据,在此基础上去设计基于航迹运行的推力管理系统(Thrust Management System,TMS)的架构,从而获得了满足未来大型先进客机飞行任务需要的TMS的重要基础信息。     

新航行系统下四维飞行管理系统航迹信息协商

四维飞行管理系统航迹信息协商以时间维为基准的航迹运行管理,作为下一代空管体系的一部分,是研究民航飞机基于航迹运行技术的核心内容。分析了下一代航迹管理体系以及下一代飞行管理系统发起的空地协商机制。首先介绍由欧洲天空一体化空中管理研究(SESAR)发起的初始4D(I4D)第一次飞行测试验证场景的飞行过程分析,再根据飞行试验的分析提出了4-PNV地面系统与下一代飞行管理系统的协商验证回路。     

大型客机航电系统综合集成关键技术综述

面对未来航空运输系统的需求,为了进一步提升大型客机安全性和空域运行效能,在系统综合控制、相关方信息共享、空地协同决策与管理、所需通导监视性能、基于航迹运行等方面对大型客机航电系统提出了新的需求,结合现代综合化航电系统的技术发展特点,总结了先进的航电系统架构、主要的功能特征、安全性设计流程等方面的内容。根据国产大型客机综合化航电系统研制和集成工作的工程实践,结合国内相关院所的研究成果,分析了航电系统综合集成、驾驶舱显示与控制、综合模块化航电、飞行管理、无线电导航、综合监视、机载数据链、大气惯导与机载信息等领域的技术现状、发展趋势和关键技术。并对下一代大型客机航电系统的应用需求、技术特征、研究方向等方面进行了展望。     

高高原起飞推力限制参数验证飞行航迹研究

起飞推力限制参数验证试飞(lapse-rate take off,简称LRTO)是飞机高高原动力试飞的核心科目之一。该科目在高高原试飞时,需要在高高原机场的最低安全高度(minimum safety altitude,简称MSA)以下飞行。针对高高原起飞推力限制参数验证试飞的飞行航迹设计进行了研究。介绍了扇区最低安全高度的定义和CCAR91部对低高度飞行的适用条款。阐述了航迹设计的基本要求,包括保护区的定义和要求、航迹精度的构成。详细描述了低于扇区最低安全高度飞行航迹的设计方法,包括试飞区域地形数据的获取、航迹绘制的经验总结、航迹的性能校核、模拟机校核和真机飞行时的逐步逼近。以稻城亚丁机场为例介绍了设计完成的飞行航迹在稻城机场应用的情况,包括航迹在实际应用中的超障余度和应用时的气象要求。     

基于航迹的运行:未来航空运行模式新理念

保证安全是航空运行永恒的主题。在保证飞行安全的前提下提高运行效率,是中国民航不断追求的目标。为了进一步提高飞行效率和空域流量,基于航迹的运行模式(TBO)被学界提出作为新一代空管自动化系统中的核心技术。它是以对航空器的4D航迹预测为基础,在空管、航空公司、航空器之间共享航迹动态信息,做出协同决策(CDM)。它改变了传统的将航空器当前位置作为已知条件的运行模式,能够实现高密度、大流量、小间隔条件下的有效空域管理。本文以一个多架飞机汇聚飞行的场景为例,说明基于航迹的运行能有效解决飞行     

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。     

基于总能量理论的着舰飞行/推力控制系统

为提高舰载飞机在低动压着舰条件下飞行操纵性能和实现飞行航迹/速度之间的解耦,首先设计了阻尼器,使飞机的短周期阻尼达到了一级飞行品质的要求;然后,基于总能量控制理论设计了着舰飞行/推力综合控制系统。该控制系统使航迹角的响应带宽为1.21 rad/s。仿真结果表明,该系统能够在保持速度恒定的条件下实现航迹角的快速响应,而且对气动参数摄动具有较强的鲁棒性。     

支持基于性能导航运行的飞行管理系统需求分析

按照通信导航监视/空中交通管理(CNS/ATM)的发展规划,基于性能导航(PBN)运行是减少航路间隔、提高空域容量所需的基本能力,与连续爬升/下降程序结合及与卫星着陆等进近程序无缝衔接,还可降低燃油消耗,提高机场到达率。PBN也是通过全球信息互享实施基于航迹运行(TBO)提升空域总体运行效率的基石。飞行管理系统(FMS)是支持PBN的机载RNP RNAV设备,分析了全球空中航行计划(GANP)的航空系统组块升级(ASBU)实施路线对飞行管理系统的PBN能力需求。     

基于DSAS算法的直升机贴地飞行在线航迹规划

通过改进优化传统A*算法,利用动态稀疏A*搜索(DSAS)算法在线设计了直升机贴地飞行轨迹.该算法采用逆向搜索方式规划航迹,在遇到新生探测威胁时,只需局部调整受到影响的航迹,减少了重新规划的范围,提高了搜索效率.此外,在生成节点时考虑了直升机性能及飞行约束,优化了搜索范围;并且根据影响贴地飞行航迹性能的各种因素,设计了航迹代价计算方法;利用层次分析法结合专家分析计算得到最优代价权值.仿真结果表明,该方法在线设计的飞行轨迹能够较全面地满足避障、贴地功能,相比稀疏A*搜索(SAS)算法节省了计算时间.     

舰载机着舰飞行/推力补偿控制律多目标综合优化设计

对舰载机着舰飞行/推力补偿综合控制问题进行了研究。在满足飞行品质要求下,为提高飞行/推力补偿系统抗舰尾流干扰能力及着舰下滑航迹的控制精度,提出了一种基于改进粒子群算法的飞行/推力控制律综合优化设计方法,实现了舰载机着舰控制的飞行品质、抗干扰能力及下滑航迹控制精度的综合优化。在算法的搜索过程中,粒子群模拟鸟类捕食过程自适应聚集为多个动态调整的子群,从而有效维持种群的多样性,抑制早熟收敛现象发生。最后,采用美国F/A-18A舰载机参数进行了数值仿真,仿真结果表明,该方法可有效提高控制律优化设计效率,不但能满足期望的飞行品质要求,同时,还可改善系统的抗干扰能力,提高着舰下滑航迹的控制精度。     

利用FMS提高运行效益的方法

中国民航现有的大型客机绝大多数都装备有飞行管理系统(FMS),虽然它具有性能管理、自动飞行、区域导航等功能,但是,由于航路结构、管制的限制以及应用不利等种种原因,FMS没有充分发挥作用并带来应有的效益。本文结合我国情况,从改变飞行计划、调整成本指数、飞机调速.选择爬升/下降剖面、调整飞行高度层等方面,提出了降低运行成本,提高运行效益的方法。     

大型飞机推力管理功能研究

推力管理是现代民用客机的重要功能,能改善飞机的燃油经济性。对推力管理功能的提出及其功能与系统组成做了全面介绍与分析,同时介绍了当前先进机型在推力管理功能框架设计上的一些先进理念,总结了推力管理功能涉及的两项关键技术。     

综合飞行/推进控制系统的鲁棒设计方法

基于凸多面体线性系统族镇定方法和航迹准稳态运动概念，研究了现代攻击机的综合飞行／推进控制系统的鲁棒设计方法。该方法根据航迹准稳态运动的条件。生成航迹准稳态运动的期望控制量和状态量，以航迹准稳态运动为基准运动建立综合系统的线性系统族模型，采用凸多面体线性系统族鲁棒镇定方法设计了综合控制系统的反馈调节控制器。数学仿真表明，所设计的综合控制系统对攻击机推进系统输出推力的变化具有大范围的鲁棒性，在推力开环控制下能够获得良好的系统动态性能和战术性能。     

减推力飞越噪声合格审定优化方法

飞越噪声合格审定可以采用发动机减推力方式进行,不同减推力航迹对应的噪声级不同,存在最优减推力飞越噪声级;利用噪声功率距离(NPD)数据库计算不同减推力飞越噪声航迹上特征点噪声级,根据最优减推力实施点的判定原则,可以确定最优航迹及其合格审定噪声级;减推力飞越噪声优化方法可以替代飞行试验,节约噪声合格审定的时间和成本。     

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。     

基于二次流喷射的并联式TBCC排气系统性能提升技术研究

基于CFD数值模拟方法,分析了并联式涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)排气系统的内外流场特性,提出了在涡轮喷管下壁面处喷入高压二次流以提升排气系统性能的方式,研究了不同飞行状态下二次流喷射对排气系统性能(推力系数、推力矢量角)的影响规律。计算结果表明:二次流喷射会产生弓形激波,与喷管上膨胀壁面附面层作用产生新的分离区,提升涡轮喷管和冲压喷管内的整体压力,从而改善并联式TBCC排气系统的推力及推力矢量性能,且对亚声速和跨声速飞行状态下的并联式TBCC排气系统性能改善比较明显,可使轴向推力系数最大提升7.34%,推力矢量角提升12.76°。     

垂直导航优化轨迹算法概述

本文首先叙述垂直剖面内优化飞行轨迹的一般计算方法,从确定飞行运动方程、选择控制变量、建立成本函数到变分法优化运算。然后以目前运输机和某些客机机载飞行(性能)管理计算机的软件为例(由DELCO公司开发,首先应用于C-130、C-135、C-141运输机,并在此基础上发展到用于DC-9-80客机上),说明一种简化的计算方法、轨迹综合。特别说明了性能优化运算POA软件如何制订出飞行计划表格,及在实时飞行中的数据更新和制导飞行。     

基于ANP数据库的飞机起飞仿真研究

以可视化的方式全面直观的反应其航迹,来检验或者分析飞机起飞过程,为解决飞机噪声问题提供技术理论支持,利用ANP数据库,从中获取各种机型的飞行程序和性能参数,计算飞机起飞航迹及航迹上各点的推力、速度、姿态等,实现了飞机起飞过程及其航迹的三维可视化仿真。     

基于静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法研究

民用客机主要针对巡航外形设计,这就需要通过静气动弹性修正得到型架外形,保证型架外形在设计巡航状态飞行时,气动性能能够恢复到巡航设计状态。本文基于混合网格的N-S方程和结构柔度矩阵方法的耦合求解,发展了大飞机静气动弹性计算方法。根据静气动弹性变形过程的可逆性,结合飞行器质量分布、发动机推力以及巡航飞行重量等设计参数,发展了考虑静气动弹性效应的飞机型架外形修正方法。利用所发展的修正方法,获得了某大型客机巡航飞行的型架修正外形,同时分析了其它飞行工况的弹性气动特性,并通过算例比较验证了本文发展方法的有效性。     

大型军用运输机性能管理及自动着陆技术(下)

飞行性能管理是一种专门用于飞行性能优化的综合飞行控制技术,它可以根据某一指标优化飞行剖面,生成优化航迹,使军用运输机最大限度地缩短执行任务的时间。为了跟踪生成的优化航迹,实现安全快速的下滑着陆,对大型军用运输机的自动控制系统提出了较高的要求。本文主要介绍了大型军用运输机性能管理及自动着陆方面的研究成果,并与民用运输机的相关研究进行了对比。