军用飞机斤斗类飞行轨迹最优化方法

针对军用飞机斤斗类飞行过程,以半滚倒转和半斤斗翻转为例,建立机动飞行计算模型。根据最小机动速度设置改出速度约束条件,将斤斗类机动平均分段,利用神经网络的拟合功能,得到动作改出速度和操纵条件之间的非线性关系。利用遗传算法的全局寻优功能,结合神经网络得到的权重和偏置结果,探索机动过程中边界飞行性能最大的法向过载选取方法。仿真结果表明,与相关手册中给出的常规操纵方法相比,利用遗传算法优化后得到的过载控制规律飞行,可以使飞机具有更大的高度-速度范围,同时,比直接将遗传算法和数值积分相结合具有更快的计算速度。提出的方法也可以用于其他机型斤斗类飞行轨迹的最优化设计中。研究结果具有一定的实用价值。     

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。     

基于试飞数据的固定翼飞机盘旋性能仿真分析技术

针对飞行试验过程中的盘旋性能分析问题,提出一种以试飞数据为基础的盘旋性能仿真分析方法。首先依据拉依达准则识别试飞数据中的异常值,并根据提出的移动基准区间牛顿插值方法对异常值修正;然后建立飞机盘旋运动的动力学计算模型,采用欧拉角法通过坐标变换矩阵求解飞机盘旋动力学方程,计算结果应用中心插值算法进行平滑处理。最后基于某型固定翼飞机实际飞行试验中记录的试飞数据进行算例分析,依据能量机动理论绘制完整的盘旋性能飞行包线,将理论计算结果与仿真结果进行对比表明了所建模型与仿真分析方法的有效性与正确性,为飞机的反馈设计及飞行性能的改进提供方法及依据,在工程实际应用上具有一定的可行性。     

飞机大迎角纵向机动稳定性及通向混沌的道路

基于非线性动力学理论,分析了飞机大迎角纵向机动的稳定性及混沌行为。根据纵向机动的动力学模型,分析了飞机在大迎角状态下的飞行稳定性,通过Lyapunov稳定性原理,给出了不同参数匹配条件下飞机的纵向机动稳定域;以升降舵偏角和质量为系统参数,利用Melnikov方法,研究了飞机纵向机动的混沌运动,得到通向混沌的道路;通过数值仿真得出不同条件下的飞机纵向运动的Lyapunov指数,分析实验结果并对理论推演进行了验证。结果表明:大攻角机动情况下,飞机极易进入混沌状态,造成飞行不稳定甚至导致飞行事故。     

涡桨发动机风车特性评估方法及试飞验证

涡桨发动机在空中起动之前的风车状态会产生一定的风车阻力,严重影响飞机的操纵性和稳定性,因此需进行风车阻力特性的准确计算评估,以化解飞行风险.针对涡桨发动机装机飞行中的风车特性,采用基于标准桨特性图修正原理,建立计算评估方案,并以某型涡桨发动机设计定型试飞为依托,进行不同工况下的试飞验证研究.结果表明:在相同高度,低速风车状态下,风车阻力随着速度增加而增大,而高速风车状态下,风车阻力随着速度增加而减小;随着高度增加,低、高速风车阻力均减小;低速风车状态下,桨叶角基本处于限动位,而转速随着速度增加而增加;高速风车状态下,转速达到平衡转速,桨叶角随着速度的增加而增大.可见,建立的涡桨发动机风车阻力计算方法合理、可行,计算结果精度满足试飞要求,能够为后续涡桨发动机空中起动科目的飞行试验提供技术支撑.     

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。     

基于实现预期空战机动的飞机运动模型

在研究空战战术和作战效能时,往往先确定期望的机动动作,继而解算预期动作的飞机动力学参数.针对如何建立既具有准确动力学特性又能适应空战机动研究的空战机动模型的问题,建立了实现预期空战机动的简化飞机动力学模型,用机动过载大小和方向、发动机状态或速度作为机动动作的输入量,较好地将飞行员的机动意图转换成机动控制的输入.同时,考虑飞机的实际限制,确定了飞机六自由度参数,并以飞机刚体六自由度模型为参照进行了机动仿真,比较了仿真结果.结果表明文中模型仿真精度高,简单实用,适用于空战仿真研究.     

基于分支分析与突变理论的耦合动力学

过失速机动是现代先进战斗机的重要特征。飞机在大迎角过失速机动飞行时,会产生强烈的运动耦合、惯性耦合等复杂的非线性特性,传统的建模和控制方法都难以准确预测和全面掌握飞机的耦合特性。该文以非线性系统的分支分析和突变理论及相应的数值计算方法为工具,重点对现代先进战斗机急滚机动飞行时的惯性耦合现象和大迎角俯仰运动时的耦合现象进行了特性分析研究,有效全面地揭示了飞机的非线性动力学全局特性以及耦合动力学特性,预测了耦合现象给飞机带来的不利影响,并通过时域仿真验证了该方法的有效性,从而为控制律设计、改善飞机的飞行品质打下基础。     

一种螺旋桨飞机滑流影响的极曲线确定方法

在螺旋桨飞机的试飞验证中,为确定其实际的升阻特性,通过在一般极曲线的表达式中引入拉力系数项,推导出同时适用于螺旋桨飞机巡航状态、爬升状态和下降状态的通用极曲线模型。根据一型螺旋桨飞机飞行试验数据确定该飞机通用极曲线表达式。采用该通用极曲线计算得到的巡航状态下的阻力系数与试飞值的误差在5%以内,爬升率、下降率的计算值与试飞值的误差在5%左右,计算结果的误差基本在工程计算精度的允许范围,证明该模型具有工程实用性,可用于该飞机的飞行性能数据修正和扩展计算。     

变压心飞行载荷校准试验方法研究

校准试验是应变电桥法测量飞行载荷的关键环节。为模拟真实飞行时气动载荷压心随飞机机动而连续变化的特性，提出一种可变压心的载荷校准试验方法，对全机平衡和约束载荷进行计算分析，利用多点协调加载系统应用于某型飞机的机翼载荷校准试验。使用变压心加载工况对载荷模型进行验证，明确压心变化引起的误差，通过调整建模工况的压心分布对模型进行优化，机翼根剖面弯矩载荷模型适用范围为17%～90%,模型精度由5.54%提高到2.36%。优化后的载荷模型测得的纵向机动飞行载荷左、右机翼对称，压心变化在验证范围内，测量结果合理可靠。     

基于状态监控数据的航空活塞发动机故障诊断

针对某型航空活塞发动机空中功率迟滞和地面停车故障,提出一种通过飞行动态模型还原、数据推理和比较法相结合的故障诊断方法。以美国莱康明发动机和GARMIN 1000飞行数据为研究对象,利用Google Earth和FLIGHTDATA运用航段坐标和姿态数据还原飞机故障航段轨迹,结合EGVIEW发动机数据处理软件分析发动机运行中采集的各项数据,研究故障发动机典型数据特征,并基于故障时段发动机余气系数的计算结果判断故障发动机实际工况。结果表明：发动机故障发生时严重富油,通过对燃油调节器结构原理的剖析和地面测试台对其的性能测试,确定了两起发动机故障同源且均与飞行操纵、燃油调节器慢车性能参数超标和慢车活门结构设计有关,同时验证了利用状态监控数据进行故障诊断的有效性和准确性。     

飞机轮胎溅水计算方法及翻边轮胎挡水原理分析

当飞机起飞或降落在有水的机场跑道上时,飞机轮胎所造成水的飞溅会对飞机的安全飞行有重要的影响。飞机轮胎所造成的水的飞溅是个复杂的过程,与诸多因素有关,如飞机的速度,轮胎的形状和尺寸以及水的深度等等。介绍了影响水的飞溅角的重要参量和理论计算公式,通过计算得到不同速度下的飞溅角,并与相应的试验结果进行了对比,验证了算法的正确性。为了抑制溅水对发动机产生影响,引入翻边轮胎,通过分析计算发现翻边轮胎抑制水溅作用显著。在算例分析的基础上,解释了翻边轮胎的挡水原理,并给出了翻边挡水作用的判别公式。最后给出了选择翻边轮胎的方法,对飞机的溅水试验和飞机防溅水设计具有指导意义。     

利用双转子流量计确定燃油流量的方法及验证

燃油流量的准确测量对航空发动机性能计算有着重要的影响。在众多的流量计中,双转子燃油流量计有着传统单转子流量计难以比拟的优点,并具有广泛的工程应用前景。本文阐述了双转子燃油流量计的工作原理以及燃油流量计算方法。本文通过对某型发动机性能试飞中双转子燃油流量计的试验数据,得到的计算结果与供应商提供的结果进行比对,两者基本吻合,证明了该计算方法的正确性。     

组合循环发动机科学研究技术路线的优化

 以高速飞机、两级入轨一级平台组合动力飞行器为应用背景,以具备开发研究和工程应用基本要素为导向,优化了水平起降、重复使用、高速宽域组合循环发动机科学研究的技术路线。比较了单一类型动力飞行器与组合动力飞行器航程和载荷能力等主要功能指标,分析了组合动力飞行器对发动机性能的需求,研究了组合动力飞行器空气动力学特性、结构质量特性和组合循环发动机核心性能随飞行速域拓宽的变化趋势,提出飞行速域上限对组合循环发动机实用化具有决定性影响。构建了技术方案、飞行器需求、技术代际递进、热障等维度的组合循环发动机技术实用化评估模型。评估表明,Ma6级组合循环发动机仍需持续探索研究;Ma4级组合循环发动机与组合动力飞行器具备实施以能力形成和实用化为目标的大科学技术计划的基本条件。分析认为,Ma4亚高超飞行平台具有重大应用价值,是重大技术代际。     

基于航迹特征的飞行程序噪声预测研究

针对目前飞行程序减噪设计的需要,研究了民机的航迹特征,选取了声暴露级（SEL）作为单个事件的飞机噪声评价指标,并在研究飞行程序特点的基础上,结合飞机噪声性能（ANP）数据库和NPD噪声计算方法,建立了一套基于航迹特征的离场飞行程序噪声预测方法。以某民用机场的离场程序为例,绘制出噪声等值线图,验证了方法的可行性。实例证明,该方法可以量化预测飞行程序的噪声影响,规范了飞行程序噪声预测的方法,可以为减噪飞行程序设计提供参考。     

非涡核区域尾涡遭遇快速建模方法

基于Hallock-Burnham尾流速度模型,建立了尾涡流场、滚转力矩及最大坡度计算模型。通过对非涡核区域尾涡遭遇的仿真,计算尾涡流场中不同位置的飞机最大坡度,按坡度大小进行尾涡流场区域危险等级划分,确定流场中不同危险等级的分布范围;研究分析了飞机飞行高度、重量、马赫数以及前后机间隔等因素的变化对飞机尾涡遭遇的具体影响。通过案例分析计算,验证了模型的快速性,可用于尾涡流场非涡核区域危险性分析。     

军用机场飞机中断起飞决断速度计算方法

对飞机在军用机场起飞滑跑过程中出现一发停车的中断起飞决断速度的计算方法进行了研究.提出用迭代搜索算法计算中断起飞决断速度,编制了一发停车中断起飞决断速度计算程序.对某型军用飞机在2种不同条件下的中断起飞决断速度进行计算,并与试飞结果进行比较,计算的中断起飞决断速度分别为71.8 m/s、76.6 m/s,相应的试飞结果为73 m/s、78 m/s,计算值与试飞值的相对误差分别为1.6%、1.8%.结果表明,迭代搜索法是计算中断起飞决断速度的准确有效算法.     

基于Broyden改进算法的航空发动机性能模拟研究

航空发动机特性计算的核心问题之一就是求解描述发动机部件共同工作的非线性方程组。目前,最常用的求解非线性方程组的方法是Newton-Raphson方法,但是Newton-Raphson方法,在迭代次数很多的情况下需要大量发动机气动热力过程计算,计算速度明显下降,同时Newton-Raphson方法还存在不收敛的问题。为了克服Newton-Raphson方法的缺陷,本文详细分析了航空涡轮发动机部件共同工作的非线性方程组的求解收敛性问题,分析了不收敛的机理,并发展了基于 Broyden方法求解发动机非线性方程组的改进算法。利用基于Broyden方法的改进算法对某型发动机进行一系列验证计算,通过分析计算结果,证明了采用Broyden方法可以提高发动机特性计算的计算速度并且改善发动机特性计算的收敛性。     

动态矩阵控制在飞翼无人机自动着陆时的应用

进场着陆是飞行的复杂阶段,虽然仅占整个飞行的2%～3%,却大约有1/3的飞行事故发生在此阶段。无尾飞翼无人机着陆下滑时对飞机的速度和姿态具有很高的精度要求,但有时仅靠油门控制飞行速度不能满足要求。针对这一情况设计了一种升降舵加阻力方向舵模型预测控制系统。先采用PID控制加快被控对象的响应速度,在此基础上建立基于动态矩阵控制(DMC)算法的模型预测控制器。DMC的在线优化和反馈校正等特点有效地提高了系统的整体性能。仿真结果表明,与经典PID控制器相比,该系统能够更好地跟踪下滑轨迹,提高无人机的动态响应,并且严格控制下滑速度。     

航空器巡航阶段空气污染的排放和扩散

为了探索航空器巡航阶段的排放和扩散,本文假设航空器巡航阶段推力为其最大推力的70％,以国际民航组织（International Civil Aviation Organization,ICAO）发动机排放数据库中的GEnx-2B67/P发动机氮氧化物（NOx）的排放为例,利用全空域航空排放评估系统（System for Assessing Aviation’s Global Emissions,SAGE）进行数值仿真,计算得到飞行方向上的排放强度。然后假设飞行方向为恒定的线源排放方向,且与风向垂直,基于高斯扩散模型,得到航空器巡航阶段的污染扩散模型。最后采取ICAO在2012 年美国俄亥俄州Peebles数据,对NOX浓度扩散进行数值仿真,成功计算出当时当地GEnx-2B67/P发动机在巡航状态下飞机排放的NOX浓度分布情况。