文章编号：调整试飞阶段的某型飞机气动参数辨识实现方法

针对飞机调整试飞阶段质量特性数据变化较大的特点,以及飞行测试的限制,提出了一种气动参数辨识实现方法,该方法包括飞机质量特性数据的获得、飞行测量数据的重建等辨识数据的完善和成熟的辨识算法.并以某型飞机为例进行了纵向气动参数辨识,计算结果合理,表明该方法有效,具有很好的工程应用价值.     

民用飞机纵向气动参数辨识研究

飞机气动参数辨识是利用飞机在飞行试验过程中测得的状态响应数据对飞机的气动参数进行辨识的技术.设计了纵向气动参数辨识的激励信号,建立了非线性辨识模型.基于极大似然法对飞行试验数据进行辨识研究,得到纵向气动参数.对比飞行试验和辨识结果仿真的时间历程,表明辨识结果准确.     

基于贝叶斯估计理论的再入飞行器气动辨识方法

当再入飞行器进行大幅机动或大攻角飞行时,常用于配平情况下小幅机动的气动辨识方法将不再适用.为解决上述问题,本文首先针对目标区间,利用原始气动数据库建立先验气动模型并估计得到模型参数作为先验信息.然后,为获得更准确的参数估计值,提出应用贝叶斯估计理论将气动数据库数据与多次飞行试验数据同时用于辨识的方法,得到融合了飞行试验信息与先验信息的最优参数估计,进而完成对气动模型的更新.本文还提出利用傅里叶平滑分析的方法对含有噪声的数据进行平滑,以避免测量噪声影响.采用上述方法对再入飞行器试验数据进行气动辨识,辨识结果表明该方法得到的气动系数能够较好地反映再入飞行器大幅机动条件下的气动特性,且具有良好的气动特性预测能力.     

相近弹形气动参数的确定方法

提出由已知一种制导炮弹(Ⅰ型)气动特性(利用气动仿真对比计算与飞行对比试验方法)确定另一种气动外形相近的制导炮弹(Ⅱ型)的气动特性的方法.利用Jameson有限体积法求解空间流场的欧拉方程,采用笛卡尔网格技术分别对2种气动外形进行了气动力对比仿真计算.根据对比飞行试验数据对2种弹落点参数、雷达径向速度进行气动参数辨识.结果表明,仿真计算结果与根据落点参数及雷达径向速度辨识结果基本一致.该方法为根据已知气动外形准确确定另一种相近气动外形气动参数提供了一种途径.     

基于三维重建飞机气动特性的飞行包线

为了确定未知飞机的飞行边界,提出了一种通过逆向三维建模进行气动特性分析后建立基本飞行包线的方法,对气动参数未知飞机的飞行安全和空战仿真问题提供了技术支撑.首先,综合运用明暗恢复图像和工程图重建法对飞机的几何外形进行了三维重建;然后通过数值模拟计算的方法计算并分析了其纵向气动特性;最后,计算了飞机的基本飞行包线并进行了对比验证.研究结果表明,所做工作探索出了一条研究外军缺乏气动参数飞机飞行性能的完整技术途径,所计算的飞行包线具有较高的可靠性,能够体现飞机的飞行性能.     

基于模拟退火粒子群算法的飞机气动参数辨识

针对飞机气动参数辨识中如极大似然法等常规方法存在收敛慢、对初值敏感或数学形式复杂等缺点,讨论了模拟退火粒子群算法及其在气动参数识别中的应用,该方法主要辨识策略是一次采集多次迭代,增强了粒子群算法的收敛性和全局性.对某飞机纵横向气动参数辨识进行了仿真研究,结果表明模拟退火粒子群算法对飞机气动参数辨识问题行之有效,并且在扩展搜索空间上,比基本粒子群算法和自适应粒子群算法更有优势.     

基于凸多面体的结构性故障模型对飞行包线影响研究

飞机的安全飞行范围和飞行限制条件是保证飞行安全的关键指标,飞机失事大多是在超出安全飞行包线范围下发生的,因此在飞行的过程中,实时准确的预估飞行包线,提供飞行保护措施,对提高飞行安全具有重要的意义。本文针对飞机结构性故障的特点,研究了飞机故障和飞行包线的定性定量关系,基于凸多面体模型建立了飞机小扰动线性故障模型,通过最小二乘参数估计方法进行气动参数的在线估计与辨识,确定故障情况下的气动参数,从而进行飞行包线快速估算,提供包线保护控制依据。仿真结果验证本方法对结构性故障情况下包线估算是快速有效的。     

基于双加速度计的弹体气动参数辨识

针对飞行器研制过程中关键气动参数的获取问题,提出了基于双加速度计测量的弹体气动参数辨识方法,给出了硬件在弹上的布局方案和具体的参数辨识步骤.利用该测试方法可以辨识出弹体的自振频率、攻角、过载以及升力系数等气动参数.飞行试验结果表明,通过双加速度计进行弹体参数辨识,可以得到重要的气动参数.     

Delta法和Zero法参数辨识的应用研究

近年来,使用神经网络进行飞机系统辨识研究成为了研究的热点。本文研究了基于神经网络的Delta法和及其改进型--Zero法估计纵向气动参数的算法。使用加噪的飞机纵向数据仿真实验发现,Delta法和Zero法估计纵向气动参数不需要建立数学模型和假设参数初值,在合理选择参数的情况下能较好的辨识气动参数,但是实验发现,应用Delta法和Zero法估计参数对于飞行数据的质量、数量要求较高,且辨识的精度并不是很理想,在应用的时候应该慎重。     

大迎角非定常气动参数辨识研究

针对现有模型在非定常气动参数辨识中存在的局限性,该文对大迎角机动过程非定常气动特性进行了研究,提出了一种建模方法。该方法结合物理机理,以广义气动导数模型为基础,受到Wiener模型建模思想的启发,建立了动态特性和静态特性分解的模块化级联模型。通过平方相关系数评价各模型项对非定常特性的贡献,确定最终模型结构,并给出了参数估计中相关的数据处理方法。用类F-22模型的风洞试验数据验证了提出的辨识方法,结果表明:模型辨识精度高,相对误差可控制在5%以内,可以有效地描述工程中非定常气动参数。     

基于最小二乘法的飞行员模型参数辨识

针对飞行员与飞机相匹配的特点,采用最小二乘法对飞行员模型进行参数辨识.根据Hosman感知模型的特点,确立待辨识参数,为提高辨识精度,重点分析了辨识数据野值的剔除和补正.在俯仰工况下,利用最小二乘递推算法辨识参数,并在研究用Boeing 737-800飞行模拟机上对该方法进行了试验验证.结果表明,飞行员模型的仿真输出曲线与飞行测试数据之间的升降舵角度误差小于0.3°,俯仰角误差小于0.5°,说明通过该方法获得的模型参数能够反映飞行员实际的操作行为.     

基于一体化设计的气动外形参数对动态特性的影响

为了提高导弹气动外形方案设计效率和设计质量,基于一体化设计方法,将导弹气动外形设计与气动特性计算、弹道仿真和飞行过程的动态特性分析等工作结合起来,分析导弹外形参数、气动力系数、动力系数、飞行动态性能参数之间的相互关系,得出部分主要气动外形参数对飞行动态特性典型参数的影响规律.仿真与计算结果验证了通过改变气动外形参数来改变弹体动态特性参数的理论分析.     

一种面向对象的飞行仿真动力学建模方法

大部分飞行模拟器动力学模型都是在已知飞机整机风动和试飞气动数据的情况下,通过对这些气动数据的插值来计算得到飞机的气动力和力矩,本文提出了一种基于飞机各部件的方法。根据空气动力学原理计算出飞机各部件的气动力,然后再考虑整机的影响合成整机的气动力和力矩。然后代入飞机全量运动方程,解出飞机实时的运动参数。     

飞机起飞性能算法

根据两点起飞和三点起飞不同的飞行原理和运动特点,分别建立两种不同起飞方式下的数学仿真模型。重点结合飞机的气动特性和起落架系统特性,依据全机总体设计参数进行仿真计算,给出不同起飞方式下的性能数据。以某型飞机为例,编写起飞性能程序,计算两种不同起飞方式下飞机的起飞性能。最后分析了2种不同的起飞方式对飞机各起飞阶段下的距离和速度等性能数据的影响,结合飞机实际飞行,验证仿真模型的准确性,并给出较优的起飞方式,用于指导部队飞行。     

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。     

涡桨飞机气动噪声的预估方法

本文对基于气动声学基础理论的涡桨飞机气动噪声预估方法进行了研究,发展了一种增升装置、起落架等机体部件噪声模型,建立了考虑迎角、机翼诱导干扰的螺旋桨噪声源模型,并结合等效噪声源法(ESM)方法考虑机体对螺旋桨噪声的散射,形成涡桨飞机气动噪声预估程序。采用某型涡桨飞机的噪声飞行试验数据进行了对比验证,预估结果相对于飞行结果在适航噪声测量点处的误差不超过2dB,表明了该噪声计算程序具备较高的预测精准度。     

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。     

基于EM-EKF算法的RLV再入段气动参数辨识

可重复使用运载器(RLV)再入返回段的气动参数表现为不确定和快时变的特点,导致RLV气动特性具有强耦合性和非线性,使气动模型难以设计和控制,降低了飞行器的稳定性.在系统噪声存在的前提下,针对RLV的动力学模型,提出一种由最大期望(EM)算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法相结合的RLV再入段气动参数辨识方法,以飞行高度和攻角为基准,每10 km一个区间将RLV再入段划分为3个飞行阶段,并分别进行了气动参数辨识.首先,将RLV飞行器再入段的动力学模型转换为非线性系统的状态空间模型;其次,基于状态空间模型,将飞行器的原始状态向量进行扩维,得到由待辨识气动参数和原始状态向量组成的新扩维状态向量;然后,采用EKF算法对RLV气动模型的扩维状态向量进行辨识,达到滤除噪声和估计未知气动参数的目的;之后,为了降低测量和过程噪声统计特性的设置对EKF辨识结果带来的影响,在EKF算法前向滤波和Rauch-Tung-Striebel(RTS)后向平滑过程的基础上,采用EM算法对EKF的测量和过程噪声的先验统计数据进行估计,基于估计所得到的精确噪声特性,能够更好地提高EKF算法对气动参数估计的精度;最后,通过基于EM-EKF算法与极大似然方法的气动参数辨识值对各种气动系数影响的仿真对比,验证了EM-EKF结合辨识算法的准确性.     

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。     

Z字形飞机建模与半实物仿真研究

为了提高无人机飞行品质,研究无人机控制的半实物仿真应用,形成一套通用的无人机飞行控制律设计与半实物仿真方法,针对气动特性较为复杂的Z字形飞机进行了研究。Z字形飞机机翼可向机身方向折叠,便于存放和运输。根据Z字形飞机外形参数,求得气动数据,并在此基础上利用小扰动线性化原理建立纵向线性模型,通过加入干扰脉冲方式研究模型纵向静稳定性,选取各环节传递函数,建立俯仰控制回路,调整PID参数,设计纵向控制律,分别使用Simulink和半实物仿真器进行仿真。仿真结果表明,无人机具有较好的静稳定性,PID控制参数选择合理,系统超调量较小,调节时间较短,可以提升无人机飞行品质,半实物仿真可以更真实、直观地反映无人机姿态,所用建模与仿真方法可应用到其他固定翼无人机,具有一定的通用性。