飞行结冰后复杂系统动力学仿真与风险评估

综合考虑结冰后气动参数的变化和驾驶员动态特性,建立了结冰后人-机-环复杂系统非线性动力学仿真模型,仿真出结冰后迎角、俯仰角和俯仰角速度的变化趋势。提出了结冰恶化速率因子的概念,以迎角为临界参数,提出了通过冰型、结冰强度来判断失速的方法,提出了综合评估飞机在某一航段结冰后飞行风险的思路和对防冰系统最大允许故障率进行计算的方法,最后给出算例验证了该方法的实用性。     

结冰条件下人机环复杂系统分布式仿真方法

飞机结冰严重影响飞行安全,基于人机环的飞行仿真是研究结冰飞行动力学特性与飞行安全的重要手段。针对复杂飞行仿真系统对实时性要求较高的特点,分析了反射内存网的组网构建方法与实时性工作方式,改进了结冰气动导数模型,开发了包括外部环境、气动力计算、风险评估与边界保护等7个网络节点的分布式仿真系统,为结冰飞行事故重现和飞行控制律验证提供了可靠的平台。提出了基于人机环实时仿真的飞行安全分析方法,包括结冰条件下飞行安全窗和基于相平面的稳定域,对提高驾驶员的情景感知能力,保障飞行安全具有参考价值。     

飞机结冰包线保护对开环飞行性能影响与仿真

在所有的飞机失事事故中,由于飞机结冰造成的灾难是很重要的因素之一。为了解决飞机结冰后造成的飞机失速迎角减小以及飞行包线萎缩等安全隐患,通过引入结冰参数等,采用一种简化的飞机结冰模型的方法来仿真。仿真计算各种输入或者扰动下,结冰飞机纵向各项性能响应。通过在线计算结冰失速迎角,建立开环状态下飞机包线保护系统,实时反馈失速迎角告警信息以提醒飞行员操作,从而保证飞机飞行的安全。仿真计算表明,该方法行之有效,而且概念清晰,计算简便,可以在实验条件不足的情况下,为仿真研究提供一种良好的方法。

Abstract：

In-flight icing is one of the most important factors for all of the aircraft accident.A brief method was utilized to simulate the aeroplane iced in order to solve the problem which was caused by ice,such as low stall of angle of attack and flight envelope atrophy.All the longitudinal dynamic of aircraft could be got in different input.Ice aircraft envelope protection could provide the pilot with enough time to avoid icing related accidents by calculating the stall limits of angle of attack online.The result of simulation can show that the system is working effectively,furthermore its method is simple and concept is obvious.It provides a good way for simulation research,especially in the condition of experiment lacking.     

高超音速飞机模型的仿真研究

为了掌握高超音速飞机复杂的动态特性,提出了一种研究高超音速飞机模型的新方法.该方法采用MATLAB插值函数和S函数分别估算和建立高超音速飞机的气动参数及其六自由度的微分方程组,并在不同高度和速度下计算飞行的平衡点,然后通过比较平衡条件与约束条件,近似得到了整个飞行过程的飞行包线.仿真研究表明,该方法适合用在高超音速飞机模型上,仿真结果与期望要求相符合.     

基于H∞最优控制理论的高超声速飞机纵向逆控制

针对高超声速飞机复杂的气动特性以及不确定的非线性模型,提出了基于H∞最优控制理论的逆控制方法。该方法将H∞最优控制的鲁棒性能与动态逆控制的非线性解耦控制能力有机结合,能够在复杂的飞行条件下,实现对高超声速飞机高度非线性解耦控制;同时还能抑制模型参数变化的扰动,从而确保了高超声速飞机的纵向稳定性,改善了其纵向模态的飞行品质。通过仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

机翼结冰后人-机系统动态特性仿真与风险评估

机翼结冰导致气动特性改变,为了定量分析机翼结冰导致的飞行风险,提出了利用人-机系统数值仿真数据进行概率评估的方法.考虑结冰对临界迎角、升阻特性等的影响,通过建立非线性动力学仿真模型和特殊情况下驾驶员操纵副翼偏转模型,实现了机翼结冰后的人-机系统动态仿真.分析了非指令控制滚转不正常现象,并通过影响因子的概率分布模型,最终实现了飞行风险概率评估.     

复杂大气扰动下大型飞机飞行动力学建模研究

大型飞机的机体尺度与中小规模的风场尺度接近,为进行高逼真度的飞行仿真,需要建立含扰动风参数影响的动力学模型.推导了含三维扰动风参数的六自由度动力学方程,给出了扰动风参数的计算方法.基于B747-100飞机建模数据,结合四点模型,给出了扰动风场中气动模型修正的一般方法.改进Newton-Raphson算法,对动力学模型进行了无风状态下的配平,并结合典型飞行状态进行了模型初步验证.分别基于质点模型和四点模型,给出了B747飞机穿越三维大气紊流场的数值仿真实例.结果表明,应用四点模型的仿真结果更能表现出大型飞机对大气紊流响应的随机特性.建立的含扰动风影响的动力学模型以及改进的配平算法可用于飞行模拟器的飞行实时仿真.     

简化的鲁棒自适应动态面飞行控制律设计

提出一种简化的鲁棒自适应动态面飞行控制律设计方法。动态面飞行控制律消除了反推设计中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。利用神经网络在线逼近飞机气动参数的不确定性和外界干扰,简化神经网络参数调整方法,使在线调整更新参数仅为不确定项的个数。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致最终有界。大迎角过失速机动飞行的数值仿真表明：在考虑气动参数摄动和外界干扰的情况下,过失速机动仍很好地实现,且兼具控制器结构简单和鲁棒性强的特点。     

基于Matlab的某型固定翼飞行器飞行仿真系统开发

按照飞行模拟器的要求,建立了飞行仿真系统模型,包括六自由度全量运动方程模块、气动参数模块、发动机模块、起落架模块、环境模块、机体轴合外力/力矩模块等.该系统能够根据驾驶杆的输入,响应飞机当前的状态.用死区定值法解决了六自由度方程奇异点的问题.设计了基于遗传算法的配平方法,使初始飞行状态更接近平衡点.在Simulink环境下实现各模块的功能,进行定常直线、水平盘旋、翻筋斗等仿真实验.结果表明模型的初始状态接近平衡点,计算过程稳定,克服了飞行动力学仿真的奇异值问题,能够真实地反映飞机的实际特性.     

某运输机纵向周期模态频域仿真分析

在当代飞机设计及背景预研项目中,飞机纵向模态特性分析是必不可少的一个环节,模态特性也是影响飞机飞行操纵品质和飞行安全的因素之一,为了全面熟悉纵向周期模态特性,需要建立合理的纵向小扰动简化运动方程及相关动力学模型。给出了简化处理的线化小扰动方程,然后基于某运输机模型的气动数据以及飞行包线内的巡航状态,结合简化模型,在频域内对纵向周期模态特性进行了仿真分析。结果表明:简化模型可以准确地反映运输类飞机的纵向周期模态特性。同时,考虑了飞机发动机、操纵等结构系统对其模态特性的影响,因而提出了一些运输机设计和控制方法,为其它飞机型号设计提供工程理论指导。     

结冰条件下飞机全包线模态特性分析方法

针对飞机带冰飞行时全包线范围内飞行品质评估问题, 提出一种结合自适应拟配初值计算与时域等效系统拟配对整个包线内的典型模态参数快速计算方法。建立了典型的人-机-环系统模型, 通过数值仿真得到飞机对于方向舵倍脉冲操纵的响应数据, 在分析时域响应数据特征的基础上, 提出自适应计算横航向等效系统拟配初值的方法, 解决了拟配初值的敏感性问题。运用时域等效系统拟配法, 分别获取了某型飞机干净构型及不同结冰严重程度时, 整个包线范围内横航向模态参数特性, 进而从整体的角度量化了结冰对飞机飞行品质的影响。仿真结果表明，所提方法在全包线范围内具有较好的适应性，为快速分析飞行器纵横向典型模态特性提供了新的思路，具有较好的工程应用前景。     

飞行仿真器方式控制面板的数字化设计与实现

飞行仿真器方式控制面板是自动飞行系统(AFS)的重要组成部分,提供由飞行员操作的各种开关、按钮以及参数选择。数字化实现的方式控制面板以图形界面的方式代替原来的按钮和旋钮,通过人-机界面提供相应的功能。用简易飞行摇杆替代座舱内的操纵机构,控制飞机的三个姿态角,从而改变飞机的飞行状态。采用Saitiek飞行操纵杆仿真真实的操纵杆、脚蹬和油门,实现飞行员对飞机的控制。     

风切变场中飞机起飞轨迹的纵向／横侧动态逆控制

采用较真实的三维微下击暴流工程化模型和非线性动态逆方法,对飞机在起飞过程中的纵向/横侧改出低空风切变的控制律进行了设计和仿真.计算了不同的机载前视探测距离对改出机动效果的影响.根据仿真得出的各飞行参数对纵向、横侧控制仿真结果进行对比分析,结果表明,横侧机动能明显维持飞机在改出风切变机动中的飞行性能和生存能力.较长的前视探测距离更有利于飞机改出.     

某飞行器级间分离气动力/约束力/飞力综合建模与仿真

飞行力学模块、约束力模块和气动力模块是构成飞行器级间分离建模仿真的三个主要部分。这三个部分相互耦合,给求解带来困难。为解决这类仿真问题,提出一种综合建模方法。该方法包括:飞行力学运动方程;CFE(Constraint Force Equation)方法求解约束力;CFD(Computational Fluid Dynamics)方法求解气动力和碰撞分析。其中,气动力模块计算得到气动载荷,输入到约束力的计算中;约束力模块得到的飞行器速度和角速度输入到飞行力学模块,经积分得到位置和姿态信息;而这些速度、位置和姿态信息又反馈到气动力模块中,构成一个回路。碰撞分析模块用来计算仿真终值条件。     

基于多Agent的航空器拖曳规则优化配置方法研究

为研究航空器拖曳规则对于机场靠桥率和航班正常性的作用并优化,提出了基于场面供需平衡的拖曳规则配置方法.通过构建基于场面运行的多gent离散仿真模型,提高了机场靠桥率和航班正常性的协同优化效果,以北京大兴国际机场为例进行实例验证.结果 表明:基于场面供需平衡的拖曳规则配置方法可以显著提升机场靠桥率和航班正常性,可以为机场...     

先进短距起飞垂直着陆飞机的建模与仿真研究

先进短距起飞垂直着陆(ASTOVL)飞行／推进综合控制技术的实现，需要进行大量的理论研究和仿真计算，以确定最优控制律。通过用全量非线性方程来描述的该类依靠气动舵面和推力矢量融合控制技术的飞机运动状态，建立了六自由度的飞机动力学数学模型。由于没有对刚体飞机数学模型和气动数据进行线性化处理，因而所建模型不仅能较全面地反映STOVL飞机的实际运行特性，而且具有较强的通用性。最后，以某型号STOVL飞机为背景，在MATLAB5．2／Simulink环境下研究和开发了飞行数字传真器，介绍了仿真软件的设计思想和程序架构，并通过数字仿真验证了该仿真器的正确性。     

倾转旋翼飞行器无模型自适应姿态控制

采用余弦加权分配法克服了控制操纵冗余问题,采用内/外回路控制结构解决了通道间耦合问题,实现了不同飞行模式下飞行控制系统统一建模。针对无人倾转旋翼飞行器动力学模型难于准确建立问题,引入伪梯度向量和伪阶数,应用无模型自适应飞行控制策略,使飞行控制系统对存在动力学特性非线性、时变性和未建模部分的被控对象具有更强的自适应性和鲁棒性。仿真验证了无模型自适应控制器的自适应性和鲁棒性优于比例〖CD*2〗积分〖CD*2〗微分控制器,给出了倾转旋翼飞行器由直升机模式到过渡模式再到飞机模式的全过程仿真,验证了无模型自适应控制器能够应用于倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,为无人倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,提供了一套新的控制系统设计方法,便于工程实现。