飞机积冰后若干飞行力学问题综述

回顾飞机积冰后若干飞行力学问题研究的历史与现状,着重介绍了积冰飞机气动数据的获取途径、积冰飞机飞行力学建模与飞行仿真、积冰对飞机稳定性和操纵性的影响以及积冰对飞机飞行性能的影响.在已有飞机积冰后飞行力学问题研究的基础上,提出了飞机积冰后飞行力学问题研究领域需要解决和关注的若干问题,包括通过数值模拟方法获取积冰飞机的气动数据、完善积冰对飞机气动导数影响的计算模型以及加强平尾失速方面的研究.今后需要进一步对模拟冰风洞、数值模拟方法和平尾失速进行研究,并获取更多实验数据.     

飞机积冰与飞行安全

在飞机机身形成的结冰现象称为飞机积冰。飞机科冰常发生在机尾和机翼的前缘,发动机及其进气口,螺旋桨,天线,雷达罩,空速管和风挡上。飞机积冰后会破坏飞机飞行中的空气动力,使开力减少,阻力增大,因而将危及飞行安全,严重时可使飞机坠毁。因此,飞机积冰是危害飞行安全的重要因素。一、积冰的种类大气中的水汽由于温度的降低凝结成水酒或冰晶,便形成了云。飞机在不同的云中飞行,积冰的形式是不同的。根据结冰的形式及冰的外形可将积冰大体分为三种。1．霜冰型它主要是由于水汽升华而形成冰的结晶,大多数情况可以看出结晶形状、…     

飞机积冰的危害与对策

本文在分析多起军内外飞机积冰事故实例的基础上,通过与有关飞行人员座谈,运用现代航空理论,客观地分析了飞机积冰的形成及其危害性。并为飞行人员提供了有效的预防与处置飞机积冰的方法。     

Y-8飞机平尾积冰导致的飞行事故分析

平尾积冰对飞行安全影响重大.通过介绍连续两起平尾积冰导致的Y-8飞机飞行事故,分析了飞机结冰的气象条件,平尾积冰和放襟翼对平尾气动特性的影响,以及平尾积冰失速的改出方法和预防措施.     

民航气象积冰预报的方法

本文对飞机积冰这一严重影响飞行安全的天气现象的形成机制、预报方法进行了总结和介绍。     

积冰对飞行的影响及处置

研究积冰的气象因素对飞行的影响以及积冰的处置。从云的物理学原理方面进行推导和讨论,分析积冰形成的机制,重点论述翼面积冰对飞行的影响,并从机翼积冰和尾翼积冰两个方面进行详细分析。通过对一些典型事例进行分析,阐述飞行中积冰的预防和积冰后的处理方法。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

翼型电热防/除冰系统的数值模拟

飞机积冰是飞机在积冰气象条件下飞行时,大气中的液态水在部件表面冻结并积聚成冰的一种物理过程.开展飞机积冰研究,可以使人们更深入地认识积冰产生的机理,为飞机防/除冰装置的设计提供理论基础.采用数值模拟的手段,对二维翼型的结冰过程和防/除冰过程进行了系统的研究.根据经典Messinger模型对机翼的积冰过程进行了模拟,并在此模型的基础上计算了所需要的防冰热功率,同时采用焓方法对飞机机翼的融冰过程进行了模拟.     

基于NCEP及NCAR资料的我国华东地区飞机积冰强度的分布研究

利用美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合处理的再分析数据集(2000-2010),依据ICAO推荐的积冰强度指数公式探讨华东地区各省区的积冰强度分布概率特征,并结合此特征提出了一种基于各省区积冰强度分布概率的华东地区积冰区划方法。     

基于Cloudsat资料的四川盆地飞机积冰特征分析

飞机积冰的发生与云微物理特征密切相关,因此积冰区的云微物理特征分析对飞机的运行安全有重要的意义。利用Cloudsat资料对2016年1月12日和14日的通航飞机积冰过程进行云微物理过程识别分析。结果表明：Cloudsat卫星对积冰过程中的云有很好的识别和探测能力;由于此次飞行高度较低,飞机积冰主要发生在在层积云和积云中,水含量最大值700 mg/m³,粒子半径在75μm以上,最大值在150μm以上,发生积冰的温度在-10℃～0℃,飞机积冰情况主要是轻度和中度积冰;Cloudsat卫星能够很好地识别云的类型以及云中过冷水的含量,但未能判定对流云和卷云的情况。     

民用飞机水废水系统防冰功能设计

民用飞机水废水系统的设备及管路布置位置从机身前部的前EE舱贯穿至机身后部的水废水舱,涉及舱段的温度分布变化较大,若不采取防冰措施,系统结冰会导致其功能丧失.采用模块化分析方法,对典型民用飞机水废水系统途经的不同区域的环境温度进行分析,确定水废水系统防冰区域,并给出确定加热器布置位置的原则;同时,针对不同需要防冰部件的特点,给出对应的防冰方式选用原则及典型加热器的防冰功率计算方法.本文采用的水废水系统防冰功能设计方法,可在民用飞机水废水系统研制之初、缺少全机温度场分布的情况下,为系统的防冰功能设计提供指导.     

临界冰形确定方法及其对气动特性影响研究

临界冰形是指在适航规章结冰包线内,每个可用飞行构型下,对飞机操纵性和稳定性影响最严重的冰形,临界冰形分析是飞机适航取证中的重要工作。对临界冰形确定方法,及临界冰形对气动特性的影响进行了研究。发展了基于 CFD 方法计算临界冰形的一般方法,包括临界冰形分析状态、敏感性分析截面确定、结冰参数敏感性分析、临界结冰条件确定、临界冰形确定等。流场计算采用中航工业空气动力研究院气动力计算平台(UNSMB),基于 Jameson 中心格式的有限体积法求解 N-S 方程;水滴撞击特性计算采用 Eulerian 方法求解水滴轨迹运动方程;结冰计算采用经典的 Messinger 热力学模型。选取 CRM 飞机为研究对象,以机翼外翼50%展长处为敏感性分析截面,在典型飞行条件下,分析了结冰对环境温度、水滴直径、飞行速度、飞行迎角等参数的敏感性。利用“几何外形敏感性分析方法”,即通过对比冰形的上下冰角角度和冰角厚度等冰形几何参数来确定最严重冰形,得到了CRM 飞机的临界结冰条件和临界冰形,其中敏感性分析截面在水滴直径为30μm 时上冰角厚度和下冰角厚度最大,冰角最大厚度约41 mm。计算了结冰后的气动性能衰减规律,临界冰形对飞机气动性能影响严重,导致升力降低6.7%~23.8%,阻力增加17%~70.9%。发展了45min 待机临界冰形确定方法,基于几何外形敏感性分析方法进行环境温度、水滴直径、飞行条件等各类参数的结冰敏感性分析,得到飞机的临界结冰条件和临界冰形,对于民用飞机设计和适航取证具有一定的工程应用价值。     

结冰环境下结冰/除冰过程的气动参数测量实验技术

采用结冰风洞实验方法,在0.3m×0.2m结冰风洞第二实验段对圆柱模型的结冰/除冰过程进行了气动参数测量实验。建立了电加热圆柱模型和适合低温高湿环境的五分量外式微量天平,获得了结冰气象环境下圆柱模型结冰/除冰过程的气动力/力矩随时间的变化规律。喷雾对载荷和动压的影响可以忽略,单位时间内模型受到喷雾的最大水平力、最大动压增量分别为0.6%和0.2%。基于结冰风洞低温高湿环境的测力实验技术可以捕捉结冰/除冰过程的气动力/力矩变化。结冰过程中,圆柱模型阻力系数随时间不断增大,呈现出近似线性增长趋势,而升力系数、俯仰力矩系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数的变化可忽略不计。除冰过程中,前缘冰壳滑动改变了姿态,会造成阻力系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数等迅速变化,其对气动性能的影响难以预测。      

基于支持向量机的飞机空中结冰严重程度识别

为了保证飞机的飞行安全,必须对飞机空中结冰的严重程度作出较准确的判断。针对飞机空中结冰状况的复杂性,提出将支持向量机与二分法相结合的飞机空中结冰严重程度识别的算法模型。仿真结果表明,虽然该训练样本较少且为多参量分类识别,但是由于建立了多支持向量机且采用二分法的概率抉择能找到最佳的建立支持向量机的分类方式,所以找到了最佳的分类方式,提高了分类准确率,而且可以较准确地识别飞机空中结冰的严重程度。可见该方法可以在训练样本较少的情况下对飞机空中结冰严重程度作出较好的识别效果。     

结冰风洞液态水含量测量装置设计与实现

结冰风洞与常规风洞的重要区别就是结冰风洞能够模拟真实大气结冰云雾环境,研究飞行器的结冰特性,因此结冰云雾参数的模拟是结冰风洞主要而且关键的能力。液态水含量是结冰风洞云雾参数中一项重要参数,其准确测量是结冰试验开展的基本前提。冰刀法测量液态水含量在国内外被广泛认可,且冰刀装置作为风洞校测基本手段,写入了结冰风洞校准规范。针对结冰风洞中用于液态水含量测量的冰刀装置,根据其测量原理制定了试验方案;提出了整套装置设计的技术指标并指出其中的技术难点;对总体结构进行了设计,并对关键受力部件进行了强度、刚度分析;进行了关键技术研究,包括冰刀液态水收集系数计算和驱动控制系统设计等;最后将设计出的冰刀装置在结冰风洞中进行了试验验证。试验结果表明：冰刀装置设计合理,液态水收集效果良好,实现了结冰风洞液态水含量的测量标定,且防护罩开闭迅速,实现了结冰时间的精确控制,满足技术指标要求。     

结冰条件下的飞机飞行动力学仿真

基于飞机结冰参量模型对飞机在结冰条件下的飞行动力学特性进行了仿真研究.提出一种飞机结冰参量模型的参数计算方法,并针对一定结冰气象条件下的不同结冰时间对飞机的结冰严重程度进行了评估,基于小扰动理论对飞机结冰前和不同结冰严重程度下的纵向、横侧动稳定性以及操纵响应进行了仿真计算,根据仿真计算结果分析了不同结冰严重程度对飞机造...     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

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。     

基于准三维冰形算法的结冰预测技术及应用研究

机翼结冰是威胁民用飞机飞行安全的主要因素之一,准确预测机翼的结冰过程和特点,可为防除冰设计提供依据和支撑。提出了利用二维模拟三维的准三维冰形算法,该算法在保证结冰预测精度的同时,极大地降低了型号结冰计算成本;给出了顺气流和垂直于前缘两种典型民用飞机后掠翼机翼的二维剖面截取方法,并将采用该方法的计算结果与三维后掠机翼的结冰预测结果进行了对比分析。结果表明,相对于顺气流方式,垂直于前缘方式的准三维冰形算法与三维后掠机翼的结果更为接近。