结冰飞机着陆阶段飞行安全包线确定及操纵应对策略研究

作者： 周驰   李颖晖   郑无计   武朋玮   董泽洪   来源： 航空学报 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 飞行安全包线   雅克比方程   结冰飞机   哈密尔顿   水平集方法   飞行操纵  

描述： 结冰会导致飞行安全包线收缩、严重威胁飞行安全,研究结冰后安全包线变化对于操纵应对策略设计及提高飞行安全具有重要意义。本文以美国航空航天局(NASA)的项目飞机GTM(Generic Transport Model)为研究对象,通过对飞机的气动参数进行多项式拟合,建立了结冰飞机纵向通道的动力学模型。为了得到能随结冰程度变化的安全包线,将可达性分析理论引入到对结冰飞机着陆过程的安全性分析。提出将正向可达集与反向可达集的交集作为飞行安全包线,其中可达集的确定是基于水平集方法求解哈密尔顿-雅克比(Hamilton-Jacobi)方程的最优解。最后针对不同程度的结冰条件进行了操纵时域验证,并提出了相应的操纵控制策略。研究结果表明,轻度结冰对安全包线影响较小,整个着陆过程的飞行状态始终能在最优控制指导下保持在安全包线以内;但对于重度结冰,飞行安全包线收缩严重,常规操纵已经很难使飞机达到着陆要求,需要进行飞行状态改出处理。研究结果为指导飞行操纵及实时包线保护打下基础。

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

作者： 郑无计   李颖晖   周驰   武朋玮   董泽洪   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 安全预警   结冰飞机   飞行仿真   着陆   动力学边界  

描述： 结冰严重破坏飞机的动力学特性,使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显,导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险,易引发飞行事故。为解决此问题,提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法,该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性,可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先,基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界,并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响;其次,利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化,结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法;最后,搭建了飞行仿真训练系统,并以着陆为训练科目,通过与传统迎角安全预警方法对比,得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明,相比于传统迎角限制方法,动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险,且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。

结冰飞机非线性稳定域确定及安全操纵方法

作者： 周驰   李颖晖   郑无计   武朋玮   董泽洪   来源： 北京航空航天大学学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 结冰飞机   微分流形理论   分岔分析   稳定域   飞行操纵  

描述： 结冰会恶化飞机的动力学特性,造成飞行包线收缩,威胁飞行安全,研究结冰后飞机的非线性稳定域变化对于驾驶员操纵应对策略设计以及飞行安全的提高具有重要意义。以NASA的GTM为案例飞机,首先对飞机气动参数进行多项式拟合,同时结合结冰因子模型,建立了飞机在结冰条件下的纵向通道动力学模型;然后通过分岔分析方法对飞机在不同程度结冰条件和操纵指令下的飞行状态变化进行了研究,并将其用于指导驾驶员操纵,同时考虑到分岔分析方法的局限性,利用微分流形理论确定了飞行系统的非线性稳定域,并将其作为飞行安全边界;最后针对结冰情形,提出将分岔分析方法与微分流形理论相结合共同用于操纵指导,并进行了操纵时域验证。研究结果表明,结冰会使安全边界收缩,在小扰动的作用下都可能使飞行状态超出安全边界。随着结冰程度增加,飞机的稳定性质甚至会发生变化,此时飞行状态将很难维持在原有的安全边界以内,提出了通过指导驾驶员操纵指令变化使飞行状态到达新的安全边界。研究结果对于飞行安全操纵及边界保护都具有一定的指导意义。

考虑执行机构饱和的结冰飞机非线性稳定域研究

作者： 武朋玮   李颖晖   屈亮   郑无计   周驰   徐浩军   来源： 飞行力学 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性   饱和   飞机结冰   流形   稳定域  

描述： 执行机构饱和会引起飞机系统的非线性变化,在结冰情况下操纵达到饱和会加剧飞机系统的非线性,从而引起飞机稳定性的急剧变化。为求取结冰后考虑执行机构饱和的飞机非线性稳定域,在参考结冰气动力变化模型基础上,建立了考虑执行机构饱和的结冰飞机闭环系统非线性模型。首先求取系统的平衡点;其次应用流形法刻画系统的非线性稳定域;最后对飞机结冰前后与饱和值变化前后等情况下的稳定域进行了对比分析。结果表明,使用流形法得到的稳定域能够较准确地反映飞机不同条件下的稳定性。

基于微分流形理论的飞机纵向动力学边界

作者： 董泽洪   李颖晖   郑无计   袁国强   武朋玮   徐浩军   来源： 飞行力学 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性   飞机动力学边界   流形   稳定域  

描述： 在人-机-环系统发生改变时,需要考虑更多具有高度非线性特征的动态因素来估计飞机的动态边界。为此引入了微分流形理论估计飞机动力学边界。首先介绍了微分流形理论的相关概念及计算稳定边界的方法步骤;然后以某型飞机为研究对象,考虑飞机非线性动力学特性建立纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计;利用微分流形法刻画飞机动力学边界,并与蒙特卡洛法得到的飞机动力学边界进行对比,验证了微分流形理论确定的飞机动力学边界的准确性;最后分析了可用迎角随俯仰角和俯仰角速度的变化关系。结果表明,俯仰角速度一定时,俯仰角越大,可用迎角越小。研究结果可为飞机的边界保护系统以及控制策略提供一定的参考。

复杂结冰环境下飞机鲁棒飞行安全包线分析

作者： 禹志龙   李颖晖   郑无计   徐文丰   董泽洪   来源： 航空学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 飞行安全边界保护   可达性分析   时间尺度分离   复杂结冰环境   鲁棒飞行安全包线  

描述： 复杂结冰环境下飞机鲁棒飞行安全包线分析

结冰飞机的包线保护与控制裕度研究

作者： 徐文丰   李颖晖   禹志龙   郑无计   董泽洪   来源： 控制与决策 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 控制裕度   结冰飞机   可达集   边界保护   飞行包线  

描述： 飞机结冰具有不确定性和随机性,破坏飞机的动力学特性,威胁飞行安全。针对这一问题,本文对结冰飞机的安全边界保护和控制裕度计算展开探究。首先,应用可达集方法,将结冰的作用看作不确定性对抗输入,分析了结冰对飞机安全包线边界的影响。其次,基于已知的结冰飞机飞行安全包线,提出两种包线边界保护方法,第一种是改进的最优控制边界保护方法,通过引入新型的最优控制保护动作的切换策略,消除了传统最优控制保护方法的控制量抖振现象;第二种是保留驾驶员操作权限的安全边界保护方法,通过计算安全边界上的可用控制,指引驾驶员完成正确的操作,使得飞机飞行状态不超出安全包线。最后,本文通过实时计算飞机当前状态点的控制裕度来对飞机超出包线进行提前预防,指引驾驶员完成安全程度很高的操作,且提出一种新型的控制裕度迭代计算策略,能够有效降低控制裕度计算的保守性。

基于稳定域的飞机纵向动力学边界研究

作者： 董泽洪   李颖晖   左仁伟   徐文丰   来源： 2019中国系统仿真与虚拟现实技术高层论坛 年份： 2019 文献类型 ： 会议论文 关键词： 飞行安全   稳定边界   飞行失控  

描述： 基于稳定域的飞机纵向动力学边界研究

基于模糊综合评判的飞机供电系统状态评估

作者： 禹志龙   李颖晖   董泽洪   徐文丰   来源： 第30届中国过程控制会议（CPCC 2019） 年份： 2019 文献类型 ： 会议论文 关键词： 飞机供电系统   改进AHP法   状态评估   模糊综合评判  

描述： 基于模糊综合评判的飞机供电系统状态评估

积冰对飞机本体纵向非线性动力学稳定域的影响

作者： 袁国强   李颖晖   徐浩军   郑无计   来源： 西安交通大学学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 飞机积冰   飞行安全   非线性动力学   稳定边界   稳定域  

描述： 对飞机稳定域的影响,并将积冰对飞机稳定域的影响和其对气动系数的影响进行对比。积冰条件下飞机稳定域在俯仰角速度方向上收缩约20%,稳定域边界处的最大迎角减小约1°。研究结果表明,积冰条件下飞机稳定域的变化与气动系数的变化一致,积冰导致飞机的稳定域缩小,容易引起飞行事故。