基于微分流形理论的结冰条件下飞机鲁棒动力学边界研究

基于微分流形理论构建了一种结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统设计方案。首先基于微分流形理论计算了飞机未结冰时的动力学边界,并用Monte Carlo法验证了其准确性和高效性;其次,以结冰因子影响模型为基础,研究了不同结冰程度下飞机动力学边界的变化规律;进而提出了飞机鲁棒动力学边界,并设计了结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统。当飞机遭遇结冰不利飞行环境时,相比于传统动力学边界,该鲁棒动力学边界不需获取准确的冰型信息和结冰严重程度。考虑当前结冰检测技术手段,提出的方法具有更加广泛的工程应用意义。在飞机超出动力学边界之前,边界保护系统作用使飞行状态保持在安全阈值范围内,从而保证飞机安全可控。     

基于Copula模型的机翼结冰飞行风险定量评估方法研究

结冰条件下飞行风险定量评估可以为飞机结冰适航验证提供参考指标。提出了极值理论与Copular模型相结合的机翼结冰条件下风险定量评估方法。基于人 机 环复杂动力学模型进行蒙特卡罗仿真实验,提取了关键飞行参数（空速、滚转角和迎角）极值。利用辨识得到的参数进行拟合优度检验,验证了Joe Copula模型能够较为准确描述三维极值参数联合分布形式。通过建立的风险概率判据计算了飞行风险概率,分析表明结冰风险事件往往伴随着飞行安全关键参数不同程度的超限和耦合影响。所提方法可为结冰条件下的飞行风险定量评估和预测管控提供理论参考依据。     

基于随机运动模型的结冰密度预测方法

针对结冰过程随机性较强的特点,提出了一种适用于不同气象条件的结冰密度预测方法. 结合单个液滴的随机运动特性建立了结冰模型,对不同模型参数下的结冰过程进行模拟,得到结冰密度随模型参数的变化关系,并在气象因子与模型参数之间构建解析模型,从而可以预测出不同气象条件下的结冰密度. 仿真结果表明:随机运动模型所预测的不同气象条件下的结冰密度与实验结果吻合.      

非对称结冰情形下飞机横航向系统稳定性分析方法研究

以单侧机翼除冰系统故障诱发机翼非对称结冰为背景,评价机翼非对称结冰对飞机横航向系统稳定性影响。首先构建非对称结冰情形的飞行横航向运动学模型,考虑添加舵机模型和飞机横航向增稳控制律;其次运用蒙特卡洛算法,以偏航角速度r、滚转角速度p以及侧滑角β划分系统状态计算点集,通过复杂动力学仿真获得稳定状态点集,运用连续推进算法,计算稳定状态点附近的稳定域边界,从而构建多参数耦合的横航向系统稳定域;最后对比分析了无冰和机翼非对称重度结冰两种情形下的稳定域。研究结果表明：机翼非对称结冰情形会导致飞机横航向系统稳定域偏离并萎缩,机翼非对称重度结冰情形下的稳定域萎缩78.65%,因此当机翼出现非对称结冰导致飞机偏离预定轨迹时,飞行员应避免粗暴操纵舵面,否则飞机容易跃出稳定域边界,诱发飞行事故。     

结冰条件下大型飞机翼面分离流场结构及空气动力学特性研究

结冰对飞机的空气动力学影响特性是飞机结冰研究的重要内容。构建了具有典型大型客机几何外形的背景飞机模型,基于RANS方法对机翼结冰条件下全机的复杂空间流场结构及气动特性进行了研究。研究结果表明,机翼结冰主要影响背景飞机失速点附近的气动特性,翼面分离始发大幅提前、分离梯次完全消失是全机失速特性恶化、气动边界缩小的直接原因。研究可为深刻认识飞机结冰对气动力影响的流动机理提供支撑,为大型飞机结冰后的气动特性分析及飞行动力学研究提供依据。     

机翼防/除冰技术研究进展

 在复杂的气象条件下飞机机翼容易出现结冰现象,结冰会导致机翼的气动布局改变,恶化飞机的气动特性与飞行性能,影响飞行安全,因此开展飞机机翼的防/除冰技术研究意义重大。介绍了机翼结冰的主要部位、典型冰形及其危害,采用FLUENT软件计算分析了2 种典型翼型NACA23012 和NACA0012 结冰前后的气动特性变化,总结了机翼结冰对飞机气动特性的影响规律,阐述了机翼防/除冰技术的原理、优缺点及近年的研究进展,分析了机翼防/除冰技术未来的发展方向。     

最优自调节变尺度法的导出

就如何选取自调节变尺度法的调节因子及Broyden族参数引入了新的度量函数,给出相应的最优调节因子及最优参数,这一对参数为在保证修正矩阵对称正定条件下的整体最优参数,所得的公式为自对偶的.     

高速列车转向架结冰特性风洞实验研究

风雪严寒环境导致转向架区域冰雪大量堆积,严重威胁高速列车行驶安全.为分析风雪严寒天气下转向架的结冰特性,采用包含简化车体和动力转向架的缩比模型,在中南大学轨道车辆积雪结冰风洞开展了高速列车转向架结冰实验研究.采用喷水系统模拟制动夹钳周围融水产生的喷水现象,以再现轮对甩水致转向架结冰过程.研究转向架区域动态结冰过程和整体结冰分布特性、各关键区域的结冰质量占比权重以及转向架结冰速率模型.研究结果表明：轮对甩出的水滴受紊乱流场作用扩散至转向架各个区域,在低温下结冰并随时间迅速发展,直至整个转向架区域被冰层覆盖;对于转向架舱,其后端板结冰严重,结冰质量占转向架舱结冰总质量的28%;对于转向架,构架和制动夹钳区域结冰分布最多,分别占转向架结冰总质量的34%和22%,空气弹簧、横梁和纵梁结冰分布较少,转向架呈现出底部结冰量大、结冰形状复杂的特性.随着结冰时间增加,各区域结冰速率不同,转向架舱、转向架的结冰总质量与结冰时间呈一次函数关系.研究获得的转向架结冰特性和结冰速率模型,可对一定运行时间内转向架结冰质量快速预测提供参考依据,对风雪环境下高速列车安全运行和转向架防除冰具有重要指导意义.     

某涡轴发动机环境结冰试验设备调试研究

GJB242规定发动机应在三种大气条件下进行环境结冰试验,采用结冰条件模拟设备可以模拟出合适的结冰气象条件。本文详细介绍了某涡轴发动机模拟环境结冰试验设备的组成和功能,并对试验设备进行了调试。在多种环境温度下调节供水压力和供气压力测量水雾参数,从而得到试验需要的液态水含量和平均水滴直径,同时采用格栅验证水雾均匀性,调试结果表明该设备可以满足发动机模拟环境结冰试验要求,具有一定的工程实用价值。     

风力机超声导波结冰探测方法的数值和试验研究

以结冰后的平面铝板为研究对象,开展导波结冰探测方法的数值和试验研究.采用两个压电元件粘贴于铝板表面,一个作为发生器,另一个作为接收器,并与铝板和冰层耦合,建立分析模型,采用数值模拟方法计算发生器激发出的导波在结冰平面铝板中的传播特性,分析导波的特征参数在不同频率条件下对冰层的敏感度,并建立结冰几何参数与导波传播特性之间的规律性关系.建立导波结冰探测试验平台,在不同的结冰长度和结冰厚度条件下监测导波信号在铝板中的传播规律,并与其在干净铝板中的传播特性进行对比,分析结冰参数对导波传播波形推移时间和峰值的影响规律,验证数值方法的正确性.计算和试验结果表明,导波在结冰的铝板中传播时,波包到达时间会随着结冰厚度的增加而发生推迟,且波包峰值随着结冰厚度的增加呈衰减趋势;而波包到达时间随着结冰长度的增加发生延迟,但峰值不会随之改变.     

基于流场显示技术的冰污染平尾失速试飞技术

飞机结冰后的平尾失速(冰污染平尾失速)问题严重威胁着飞行安全。为深入研究飞机结冰后的平尾失速敏感性、建立优化的试飞状态矩阵,国内首次将流场显示技术应用于某型飞机带模拟冰型条件下的平尾失速敏感性验证试飞中。基于试飞中的流场特性和载荷响应,研究了试验飞机的平尾失速特性及失速裕度,对比分析了不同冰型、不同襟翼偏度、不同重心状态下飞机的平尾失速特性,建立了优化的试飞状态矩阵。结果表明：利用流场显示技术可以直观、有效地判断飞机结冰后的平尾失速敏感性以及临界试飞状态,对飞机气动设计的优化及试飞效率的提高具有重要意义。     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

面向自然结冰试飞评估的冰形增长规律

飞机自然结冰试飞是民机适航取证中的关键点之一。由于试飞的高风险和成本,掌握冰形积聚的规律对指导试飞开展及飞行安全研究有重要意义。本文通过数值模拟研究了不同环境条件下二维翼型的冰形生长过程,重点分析了结冰环境水滴粒径和温度对冰形高度增长规律的影响,并结合水滴收集率随积冰高度的变化趋势分析了冰高增长速度变化的机制。结果表明,飞机二维冰形高度的增长有线性和减速两种基本状态：线性增长状态对应着霜冰形态;减速增长状态对应着角冰形态。在大水滴粒径和低温条件下下则会出现略微的加速增长。因此,试飞时为了在最短时间内获得足够的冰高度,需要尽量选择水滴直径较大而温度较低的环境,而这是航线飞行需要避免的情况。     

浅析飞机积冰的原因及防冰策略

飞机积冰会严重影响飞机的性能并危及到飞行的安全,现代飞机都装有先进的防冰系统,该文主要对形成积冰的原因并主要探讨了从飞行中和起飞前地面除,防冰两个方面,说明了积冰对飞行的影响以及正确的防范措施说明积冰的处置和除．防冰的方法。     

飞机机翼积冰表面粗糙度研究

本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比．并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。     

飞机防除冰机理及超疏水材料的机载应用

飞机表面结冰改变飞机的飞行动力学特性,严重威胁了飞行安全,因此飞机防除冰技术对于安全飞行有重要意义。本文通过分析飞机结冰的基本原理、类型、影响等,综述现有的防除冰技术的方法及优缺点对比,其次详细综述了超疏水材料的润湿性模型、机理等,同时对超疏水材料研究现状进行了全面综述并对其特定条件（超疏水特性失效）进行分析,特别指出了存在的问题和挑战。其次在单一防除冰系统缺陷的基础上提出了复合型防除冰系统,并对几种复合防除冰系统进行介绍且将其与单一防除冰系统进行对比。此外,针对超疏水材料应用可能出现的问题,提出了一种回路热管+超疏水材料相结合的飞机防除冰系统。最后,就超疏水表面与复合型防除冰系统存在的问题进行分析与展望,认为主被动复合型防除冰系统具有良好的应用潜力。     

积冰的判断预防和处置

飞机积冰是影响飞行安全的一大隐患。本文介绍了在飞行准备阶段到最后进近着陆的各个阶段中如何飞预防、辨别以及处置飞机积冰。其次介绍了积冰对飞行的影响和对于积冰基本的判断方法,并且熟练掌握对机载设备的正确使用,以及设备万一故障时的处置方法。