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LADRC的舰载V/STOL飞机短距起飞性能优化

作者： 吴文海   高阳   王子健   周思羽   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 垂直/短距起降飞机   性能优化   线性自抗扰控制   短距起飞   推力矢量控制  

描述： 针对垂直/短距起降(V/STOL)飞机在有限的甲板上实施滑跑起飞以及离舰后快速、稳定爬升的实际需要,对其整个过程进行操控优化以提升短距起飞性能。建立了反映多推力矢量操纵特性的非线性动力学模型,其中包含了地面效应模型和V/STOL飞机特有的喷气诱导效应模型。分别以舰面滑跑距离最短和离舰后增速时间最短为优化指标,给出了舰面滑跑和离舰初期的预置多推力偏转方案。在此基础上,提出了一种线性自抗扰反演(LADRC-Backstepping)控制方法,以实现对爬升角不确定非仿射系统的有效控制,其中设计了一种辅助补偿系统来拟制控制量的饱和,同时保证了爬升角跟踪误差的有界性;直接利用一种高阶LADRC方法设计了俯仰角控制器,确保了V/STOL飞机最终以稳定的姿态爬升。仿真结果表明,所提出的“二次预置多推力偏转角+爬升角控制+俯仰角控制”的分段优化操控策略,能够较好地提升V/STOL飞机的短距起飞性能,对内部不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性,可满足实际飞行任务的需要。

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   郑无计   李哲   裴彬彬   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 神经网络自适应动态逆   飞机结冰   安全关键参数   俯仰姿态保持   边界保护  

描述： 考虑到飞机带冰飞行的安全问题,对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点,提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入,获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型,采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律,通过在动态逆环节引入单隐层神经网络,对不确定性逆误差进行自适应补偿,增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度,设计自动油门控制系统,实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明,所设计的结冰边界保护系统,能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。

基于OpenFOAM的水陆两栖飞机水面高速滑行研究

作者： 段旭鹏   孙卫平   魏猛   杨永   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： OpenFOAM   两相流   激励盘   滑流   水陆两栖飞机  

描述： 在开源软件OpenFOAM的两相流动态解算器中添加了激励盘,数值研究了考虑动力影响的大型四发涡桨水陆两栖飞机在水面高速滑行时的典型力学特性。针对水陆两栖飞机的特殊性,全面考虑了飞机高速滑行时的水动力、气动力、地面效应以及螺旋桨的动力影响,较为真实地模拟了飞行器水上起飞的瞬时状态。首先,在interDyMFoam中添加了激励盘模型,以体积力的形式将螺旋桨旋转产生的动量注入流场,用以模拟飞机起飞时大拉力情况下滑流的动力学影响,较螺旋桨非定常模拟方法大幅减少了计算量。其次,对Wigley船体标模和螺旋桨单桨模型分别进行了考核,验证了OpenFOAM的水动力计算能力并确认了新加入的动态激励盘方法的可靠性。最后,利用建立的方法研究了水陆两栖飞机水面单断阶滑行过程中的气动力和水动力特性并给出了滑流和动力的影响规律。

基于LADRC的舰载V/STOL飞机短距起飞性能优化

作者： 吴文海   高阳   王子健   周思羽   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 垂直/短距起降飞机   性能优化   线性自抗扰控制   短距起飞   推力矢量控制  

描述： 针对垂直/短距起降(V/STOL)飞机在有限的甲板上实施滑跑起飞以及离舰后快速、稳定爬升的实际需要,对其整个过程进行操控优化以提升短距起飞性能。建立了反映多推力矢量操纵特性的非线性动力学模型,其中包含了地面效应模型和V/STOL飞机特有的喷气诱导效应模型。分别以舰面滑跑距离最短和离舰后增速时间最短为优化指标,给出了舰面滑跑和离舰初期的预置多推力偏转方案。在此基础上,提出了一种线性自抗扰反演(LADRC-Backstepping)控制方法,以实现对爬升角不确定非仿射系统的有效控制,其中设计了一种辅助补偿系统来拟制控制量的饱和,同时保证了爬升角跟踪误差的有界性;直接利用一种高阶LADRC方法设计了俯仰角控制器,确保了V/STOL飞机最终以稳定的姿态爬升。仿真结果表明,所提出的“二次预置多推力偏转角+爬升角控制+俯仰角控制”的分段优化操控策略,能够较好地提升V/STOL飞机的短距起飞性能,对内部不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性,可满足实际飞行任务的需要。

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

作者： 魏扬   徐浩军   薛源   郑无计   李哲   裴彬彬   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 神经网络自适应动态逆   飞机结冰   安全关键参数   俯仰姿态保持   边界保护  

描述： 考虑到飞机带冰飞行的安全问题,对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点,提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入,获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型,采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律,通过在动态逆环节引入单隐层神经网络,对不确定性逆误差进行自适应补偿,增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度,设计自动油门控制系统,实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明,所设计的结冰边界保护系统,能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。

基于OpenFOAM的水陆两栖飞机水面高速滑行研究

作者： 段旭鹏   孙卫平   魏猛   杨永   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： OpenFOAM   两相流   激励盘   滑流   水陆两栖飞机  

描述： 在开源软件OpenFOAM的两相流动态解算器中添加了激励盘,数值研究了考虑动力影响的大型四发涡桨水陆两栖飞机在水面高速滑行时的典型力学特性。针对水陆两栖飞机的特殊性,全面考虑了飞机高速滑行时的水动力、气动力、地面效应以及螺旋桨的动力影响,较为真实地模拟了飞行器水上起飞的瞬时状态。首先,在interDyMFoam中添加了激励盘模型,以体积力的形式将螺旋桨旋转产生的动量注入流场,用以模拟飞机起飞时大拉力情况下滑流的动力学影响,较螺旋桨非定常模拟方法大幅减少了计算量。其次,对Wigley船体标模和螺旋桨单桨模型分别进行了考核,验证了OpenFOAM的水动力计算能力并确认了新加入的动态激励盘方法的可靠性。最后,利用建立的方法研究了水陆两栖飞机水面单断阶滑行过程中的气动力和水动力特性并给出了滑流和动力的影响规律。

大型水陆两栖飞机特殊任务模式对总体设计的挑战

作者： 申蒸洋   陈孝明   黄领才   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 设备布置   气水动一体化设计   驾驶舱集成   任务系统集成   腐蚀防护与控制   任务模式   水陆两栖飞机  

描述： 面向森林灭火和水上救援任务设计的大型水陆两栖飞机,由于其特殊的任务模式,给设计工作带来了许多全新的挑战。首先,分析了国内森林灭火和水上救援的需求,并介绍了对应的任务模式。然后,总结了在型号研制过程中不同于常规飞机的特殊设计和相应的解决方法,具体包括:以国内供应商为主体的构型管理体系的建立、气水动一体化设计、全新的起落架布局设计、任务系统集成和效能评估、驾驶舱集成设计、设备布置和腐蚀防护设计。最后,提出了在适航审定和集成应用方面仍需重点关注的4个研究方向。

大飞机货舱地板下部结构有限元建模与适坠性分析

作者： 冯振宇   解江   李恒晖   程坤   马骢瑶   牟浩蕾   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 失效模式   有限元分析   吸能特性   大飞机货舱地板下部结构   适坠性  

描述： 响应、吸能与失效的动态行为,识别落重冲击过程中结构变形与失效模式、冲击响应特性及能量吸收与耗散机理。仿真结果表明,货舱地板下部结构的机身框组件、支撑件组件是主要吸能结构,冲击能量的吸收主要依靠上述结构的塑性变形与失效,紧固件的吸能贡献仅占1%左右。

民用飞机个人通风送风温度对人体舒适性的影响

作者： 刘毓迪   孙学德   张存   南国鹏   来源： 航空学报 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 计算流体力学   个人通风   机舱环境   民用飞机   舒适性  

描述： 通过对某真实客机座舱进行建模,使用计算流体力学(CFD)的方法计算出不同个人通风送风温度下座舱内的温度场和流场分布。然后提取乘客头部区域温度与试验结果进行对比,验证模拟的可信度。最后结合基于人体平均皮肤温度的热舒适评价方法,对不同个人通风送风温度情况下的乘客舒适性进行研究。结果表明:不同个人通风送风温度对乘客头部区域温度影响较小,随着个人通风送风温度从7℃上升到14℃,乘客头部区域温度变化不超过0.8℃。不同个人通风送风温度对乘客平均皮肤温度以及热舒适性的影响较小,随着个人通风送风温度从7℃上升到14℃,目标乘客平均皮肤温度上升0.33℃。