飞机迎角的校准及测量

本文首先叙述了迎角传感器空中校准的必要性和常用校准方法,简要介绍了各种常用空中校准方法的原理及其优缺点。实践表明利用静姿态角法阳参数辨识法相结合进行迎角空中校准,在一定范围内是切实可行的。但在大迎角及失速飞行中因非线性带来的一些问题大大增加了校准的难度。本文针对这一事实提出了用直接测定姿态角加计算航迹角间接确定飞机迎角的方法,解决了Y—7飞机失速试飞中的迎角测量问题。实践表明,该方法可以推广用于一般民用飞机的迎角测量。     

Parameter study on lateral moments of banked wings in ground effect

Ground effect dramatically improves the performance of the Wing-in-Ground(WIG)vehicles near the ground. However, making coordinate turnings in ground effect zone may raise complexity in flight control. The Angle of Attack(AOA) and height are believed to be important factors. To find the impact of these factors, three straight rectangular wings with different aspect ratios are simulated via CFD approach. The results show that in normal situations, the rolling moment tends to level the wing but le...     

飞机大攻角空间机动气动力建模研究

 准确的气动力模型是大攻角机动仿真与控制等飞行动力学问题研究的基础。针对纵向运动建立的非线性非定常气动力微分方程模型扩展应用于一般空间运动形式,在分析大攻角非定常流动机理和试验数据的基础上,发展了一种多自由度非线性非定常气动力数学模型,并探讨了模型辨识和参数估计问题。用全机构形的大攻角动态风洞试验数据对模型进行的验证表明所发展的气动力模型能够描述大攻角气动力主要的非线性和非定常特性。     

攻角试飞测试基准的误差修正

阐述了攻角测量误差的成因和攻角试飞校准的必要性。选定机头空速管攻角传感器为攻角试飞的测试基准，分析其攻角探测特性，并运用细长旋成体理论重点计算了机体绕流对攻角测量的影响量。探讨了攻角试飞测试基准的误差修正问题。     

迎角过载边界限制器的设计方法

介绍了迎角过载边界限制器的意义、设计要求和一些有代表性的国内外飞机的边界限制器设计方法。边界限制经历了硬限制、软限制、反馈限制和比较逻辑反馈限制几个阶段。分析了这些设计方法的优缺点,并对比较逻辑反馈限制器的设计方法进了理论推导,提出了这类边界限制器重要参数的确定方法。     

Phase plane design based fast altitude tracking control for hypersonic flight vehicle with angle of attack constraint

In this paper, fast setpoint altitude tracking control for Hypersonic Flight Vehicle (HFV) satisfying Angle of Attack (AOA) constraint is studied with a two-loop structure controller, in the presence of parameter uncertainties and disturbances. For the outer loop, phase plane design is adopted for the simplified model under Bang-Bang controller to generate AOA command guaranteeing fast tracking performance. Modifications based on Feedback-Linearization (FL) technique are adopted to transform the phase trajectory into a sliding curve. Moreover, to resist mismatch between design model and actual model, Fast Exponential Reaching Law (FERL) is augmented with the baseline controller to maintain state on the sliding curve. The inner-loop controller is based on backstepping technique to track the AOA command generated by outer-loop controller. Barrier Lyapunov Function (BLF) design is employed to satisfy AOA requirement. Moreover, a novel auxiliary state is introduced to remove the restriction of BLF design on initial tracking errors. Dynamic Surface Control (DSC) is utilized to ease the computation burden. Rigorous stability proof is then given, and AOA is guaranteed to stay in predefined region theoretically. Simulations are conducted to verify the efficiency and superior performance of the proposed method.     

战斗机空战敏捷性管理系统研究

从战斗机敏捷性管理系统的飞行力学机理入手，分析了敏捷性管理系统的概念，比较了敏捷性管理系统与通常的迎角限制器各自的控制特点，讨论了敏捷性管理系统与转弯坡度及进入速度的关系，以一架第三代战斗机为例，计算并讨论其能量机动图。结果表明，敏捷性管理系统对速度消散率进行了限制，因而延缓了飞机迎角的增大，提出了飞机的持续机动能力，有利于战斗任务的完成。     

高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

飞机垂尾抖振响应的飞行试验研究

介绍了国内外垂尾抖振试飞的最新进展情况,并就抖振试飞中可以采用的试飞方法,从理论上进行了分析。飞行试验采用收敛转弯的试飞方法,通过在左、右垂尾上加装的振动加速度传感器,得到了不同马赫数下垂尾的抖振响应情况。在对数据进行均方根分析、时频分析和自功率谱密度分析等方法的基础上建立起抖振响应和迎角、频率的关系后发现：垂尾抖振响应主要集中在垂尾低阶模态频率上;垂尾的抖振响应随迎角、马赫数的增加而增加,其中受迎角的影响大于受马赫数的影响;且飞机在超过初始抖振迎角以后,随迎角的继续增加,垂尾翼尖后缘处的抖振响应显著大于垂尾翼尖前缘位置。     

反尾旋伞动态仿真计算研究

简要介绍了研制与安装应急反尾旋伞系统对现代高机动飞机的大迎角特性试验研究的重要作用，特别是对失速／过失速／尾旋特性试验鉴定的必要性和重要性。介绍了反尾旋伞系统的工作原理，建立了反尾旋伞的数学模型，估算确定了反尾旋伞阻力面积，并对用反尾旋伞出尾旋进行了动态仿真计算；同时，研究了不同尺寸反尾旋伞的尾旋改出效果。     

大型飞机迎角保护控制律设计及试飞技术研究

针对大型飞机迎角保护控制律设计及试飞问题,通过杆位移-过载梯度的实时精确调整及取大值逻辑指令切换,设计了迎角保护控制律,实现拉杆到底飞机迎角达到且不超过限制迎角的目的。根据迎角保护控制律的功能及试飞目的,将整个试飞过程分为三个阶段,研究了各个阶段的试飞技术。仿真结果表明,所设计的控制律能够实现迎角保护功能,具有良好的控制效果。     

利用大迎角试飞数据辨识飞机气动导数

基于用局部线化代替非线性概念．探索了利用大迎角飞行试验数据辨识飞机空气动力参数问题。在准定常假设条件下，提出了迎角分割算法和时间分割算法，针对歼教七飞机的失速飞行试验数据，用最小二乘回归方法和最大似然法验证了上述大迎角参数辨识的思想，取得了较好的结果，为进一步开展大迎角参数辨识技术的工程应用奠定了基础。     

J7L飞机大迎角/失速/尾旋试飞

介绍了J7L飞机大迎角／失速／尾旋试飞的目的，简要说明了大迎角／尾旋试飞前的预先研究工作，并结合具体的试飞结果曲线对J7L飞机失速／尾旋特性及改出方法进行了分析。结果表明，该方法可用于常规布局飞机的大迎角／失速／尾旋试飞，为新机试飞提供了有效的参考依据。     

Bifurcation analysis of polynomial models for longitudinal motion at high angle of attack

To investigate the longitudinal motion stability of aircraft maneuvers conveniently, a new stability analysis approach is presented in this paper. Based on describing longitudinal aerodynamics at high angle-of-attack (a < 50 ) motion by polynomials, a union structure of two-order differential equation is suggested. By means of nonlinear theory and method, analytical and global bifurcation analyses of the polynomial differential systems are provided for the study of the nonlinear phenomena of high angle-of-attack flight. Applying the theories of bifurcations, many kinds of bifurcations, such as equilibrium, Hopf, homoclinic (heteroclinic) orbit and double limit cycle bifurcations are discussed and the existence conditions for these bifurcations as well as formulas for calculating bifurcation curves are derived. The bifurcation curves divide the parameter plane into several regions; moreover, the complete bifurcation diagrams and phase portraits in different regions are obtained. Finally, our conclusions are applied to analyzing the stability and bifurcations of a practical example of a high angle-of-attack flight as well as the effects of elevator deflection on the asymptotic stability regions of equilibrium. The model and analytical methods presented in this paper can be used to study the nonlinear flight dynamic of longitudinal stall at high angle of attack.     

民用飞机平尾载荷的不确定性及全局灵敏度分析

针对飞行载荷计算输入数据的随机不确定性会导致载荷计算结果波动的现象,采用Monte Carlo模拟方法和基于方差的全局灵敏度分析方法对民用飞机急剧俯仰机动随机平尾载荷进行不确定性及全局灵敏度分析。具体分析了飞机气动特性和重心的不确定性对迎角贡献平尾载荷、升降舵偏度贡献平尾载荷及平尾总载荷的影响,进一步通过全局灵敏度分析找出影响平尾载荷计算结果的主要因素。不确定性分析结果表明:气动特性和重心的不确定性导致迎角贡献平尾载荷的波动程度很大。灵敏度分析结果表明:1)升降舵偏度贡献平尾载荷只受升降舵效率的影响;2)迎角贡献平尾载荷主要受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数和重心的影响;3)平尾总载荷受升降舵效率的影响最大,受无尾飞机零迎角俯仰力矩系数及重心的影响次之。此外也验证了方法的有效性,对提高飞行载荷的计算精度有一定的指导意义。     

小攻角高超声速钝锥边界层失稳特性

利用高阶紧致格式,采用直接数值模拟(DNS)和线性稳定性(LST)分析方法,对高超声速边界层的失稳机制和转捩特点进行了研究.通过对马赫数为6的2?攻角高超声速钝锥边界层的稳定性分析发现:小攻角高超声速钝锥边界层存在多枝不稳定模态;周向速度使钝锥的稳定性特征与不考虑周向速度时有本质的差别;转捩线在接近背风面处出现拐折现象是由失稳模态发生转换引起的.      

基于类GPS技术的编队卫星相对参数测量研究

针对编队飞行小卫星间相对位置和相对姿态的测量,提出利用类GPS技术实现编队卫星间的自主测量,建立相应的测量模型来获得与相对位置和相对姿态相关的观测量。利用C-W方程和姿态运动学方程建立相应的状态方程,通过扩展卡尔曼滤波实现对编队卫星间相对参数的实时估计。MATLAB仿真结果表明,此方法能够获得很高的测量精度。     

一种飞行迎角和侧滑角解算方法研究

水陆两栖飞机的机身外形复杂,采用单一迎角传感器难以消除侧滑角的影响。对某大型水陆两栖飞机的前机身模型进行风洞试验,根据机身两侧迎角传感器受侧滑角影响的特点,在机身两侧对称位置安装迎角传感器,研究左右两侧迎角传感器的测量值随模型迎角、侧滑角的变化规律;根据左右两侧测量值的均值和差值,反算得到飞行迎角和侧滑角,并对此迎角、侧滑角解算方案进行试飞验证。结果表明：机身两侧安装迎角传感器可以消除侧滑角影响,从而得到准确的迎角信号,还可根据左右迎角差值计算得到侧滑角,采用机身左右两侧的迎角传感器解算飞行迎角和侧滑角是可行的。     

用最优估计法从飞行试验数据估计飞机迎角及测量误差

本文采用最优估计方法——信息平方根滤波和平滑算法,利用飞行数据对J-7原型机安装的92/BJ311型风标式迎角传感器的迎角测量误差进行了估计,给出了飞行迎角的校准公式。状态估计系统方程采用六自由度非线性方程。飞行动作采用推拉机动方法.飞行试验结果与风洞值进行了比较分析,证明飞行试验获得的误差修正系数和零偏误差是合理的。     

翼梢小翼后掠角对民机气动性能影响的研究

针对某民机起飞、巡航、着陆三种典型飞行状态,通过CFD方法研究翼梢小翼后掠角变化对该机不同状态下气动性能的影响。仿真结果表明,在起飞、巡航、降落三种不同状态下,随着翼稍小翼后掠角的增大,升阻比的变化都呈现先升高后下降的趋势;同时得出在以10°为步长的计算条件下,以升阻比为考核指标,对应各飞行状态的最佳后掠角分别为30°、50°、40°。该结论对今后变体翼梢小翼的研究有一定的参考价值。