飞行控制技术面临的挑战与发展

总结了飞行器的发展趋势,明确了飞行控制领域的前沿问题与挑战,概括了飞行控制技术的基础问题和关键技术,分析了现阶段飞行控制技术研究进展,对未来飞行控制技术的发展提出了建议与思考。     

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.     

A systematic approach to nonlinear rotorcraft model identification

The development of a powerful parameter estimation routine and its integration into the simulation environment HOST is described. With this tool approaches are being made towards new strategies of mathematical modeling, aimed at providing highly accurate and nevertheless run-time efficient simulation models. The identification routine is capable of optimizing parameterized models in both dynamic time domain simulation and static (e.g. trim state variation) conditions. Examples of both cases are presented to emphasize the improvement in the system response prediction and to demonstrate the abilities of the identification techniques in combination with the nonlinear simulation platform. This article reviews the activities and achievements accomplished by the DLR Institute of Flight Research and the ONERA Systems Control and Flight Dynamics Department during the last few years in the research on rotorcraft flight dynamics modeling and model identification. Future activities that require extensive high fidelity modeling are in the scope of the current and coming modeling activities that include the use of the presented methods and software technologies.     

无舵飞行控制系统的研究与开发

提出一种全新的飞行状态控制的实现途径———无舵飞行姿态控制,使飞机具有更优的飞控品质,并有利于气动外形和结构的优化。本文介绍了无舵飞行控制原理、飞控驱动装置控制功率需求的计算及确定方法等。     

信息时代的飞行力学

基于现代信息技术，扼要论述了作为信息时代的飞行力学－－计算飞行力学的产生背景、问题表述、理论框架和计算系统，以及计算飞行力学在未来飞行器发展和运用研究中的作用。     

自旋火箭姿态运动的稳定性分析和数学仿真

本文主要对自旋火箭姿态运动的稳定性进行了分析,并给出了数学仿真结果。飞行试验结果表明,稳定性分析和数学仿真是正确、可靠的。     

频率域鲁棒性分析方法及其在飞控中的应用

主要研究了频率域鲁棒稳定性分析的新方法及其在收音机横侧控制系统中的应用。为了提高计算效率，基于Ｎｙｑｕｉｓｔ判据，提出了对数和鲁棒稳定性的新判据，为了简化多变量频率域鲁棒性分析和设计方法，进一步提出了递Ｎｙｑｕｉｓｔ阵对占优势判别式，使计算量大大减少，所提出的鲁棒性新判据在飞机横侧向控制中的应用表明，该方法可以得到讼人满意的结果。     

编制摸拟器设计和性能数据要求的初步考虑

在研制飞行模拟器时，飞行模拟器的设计和性能数据是必需的。这些数据不仅是形成满足飞行模拟器各种规范和标准要求的基础，而且也是构成模拟器逼真度要求的基础。根据国际航空运输协会的要求，初步讨论了编制飞行模拟器设计和性能数据要求所考虑的因素。     

太阳能飞行器能源昼夜闭环仿真分析

以能量为核心，建立太阳能飞行器的获能模型；通过对太阳能飞行器飞行剖面特点的分析，设计飞行过程中各个阶段的飞行方案，并建立相应的耗能模型；考虑目前储能电池技术水平，根据产能和耗能模型，建立储能模型，完成了能源闭环模型的设计；参照Zephyr 7太阳能无人机的结构参数对论文建立的模型进行了仿真分析，获取了飞行过程中能量变化规律，同时对飞行姿态进行优化。结果表明：通过对太阳能飞行器昼夜飞行高度的不同设置以及飞行姿态角的优化，太阳能飞行器可以实现跨昼夜持久飞行。     

Critical wake vortex encounter scenarios

A simulation-based method was developed to investigate the severity of Wake Vortex Encounters (WVEs). This paper describes an important part of this method: the determination of worst-case WVE conditions, which is referred to as Worst-Case Search (WCS). The WCS results permit to reduce time and costs of WVE severity related piloted simulator tests and allow the comparison of the hazard that vortices of different generator aircraft exert on a follower aircraft.The WCS is based on a high fidelity, offline simulation of the follower aircraft that includes the interacting wake vortex, a hazard criterion that rates the severity of each WVE, and a pilot model. It can be formulated as an optimisation problem that is solved with the optimisation tool MOPS (Multi Objective Parameter Synthesis). MOPS varies the encounter geometry until the simulation yields maximum values of the WVE hazard criterion.Worst-case encounter conditions for different parameters were investigated and sensitivity studies performed. The influence of the height above ground, the core radius, and the models for the wake vortex velocity profiles on the severity of a WVE was examined. To show the capability of the method, a comparison of the severity of a WVE behind two different heavy transport aircraft for a 20 t aircraft was made. The WCS method demonstrated its applicability and delivered the worst-case encounter geometry.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung der Heftigkeit von Wirbelschleppen wurde eine simulationsbasierte Methode entwickelt. Dieser Beitrag beschreibt einen wichtigen Bestandteil dieser Methode: die Bestimmung der ungünstigsten (worst case) Einflugbedingungen in die Wirbelschleppe. Die Kenntnis dieser Bedingungen gestattet eine Zeit- und Kostenreduzierung bei wirbelschleppenbezogenen Simulatorversuchen mit Piloten und ermöglicht gleichzeitig einen Vergleich der vom Wirbel ausgehgehenden Gefährdung für verschiedene Kombinationen voraus- und einfliegender Flugzeuge.Die Worst-Case-Bedingungen werden mit einer Offline-Simulation des Folgeflugzeugs bestimmt, die Modelle für die Wechselwirkung mit der Wirbelschleppe und für das Pilotenverhalten sowie Kriterien für die Gefährdung durch den Wirbel umfasst. Für die Steuerung der Simulation und die Worst-Case-Suche wird die Optimierungssoftware MOPS (Multi Objective Parameter Synthesis) verwendet. MOPS variiert die Geometrie des Wirbelschleppendurchflugs bis die Simulation die maximalen Kriterienwerte für die Gefährdung durch den Wirbel liefert.Die Worst-Case-Bedingungen wurden für unterschiedliche Parameter untersucht. Der Einfluss der Höhe über Grund, des Kernradius' und der unterschiedlichen Modelle für das Wirbelgeschwindigkeitsprofil auf die von den Wirbelschleppen ausgehenden Gefährdung wurde dabei ermittelt. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu demonstrieren, wurde die Gefährdung von Wirbelschleppen zweier generierender Flugzeuge (heavy class) auf ein nachfolgendes 20 t Transportflugzeug verglichen. Die Anwendbarkeit der Methode wurde bestätigt und die ungünstigsten Einflugbedingungen berechnet.