类双锥型升力式返回器横航向不稳定性分析及改进

类双锥型升力式返回器的横航向稳定性对其理想再入策略的实施构成严苛的约束,且在设计阶段需要进行专门分析。针对类双锥型升力式返回器的标称再入过程,使用数值仿真方法计算该飞行器在全速域、宽迎角范围内的横航向稳定性,结合流场特征分析亚/跨/超声速速域内的横航向稳定性突变规律;重点分析涡流发生器、航向增强型面、重心偏置对横航向稳定性的影响及其作用机理,最终确定了航向舵偏转与重心偏置相结合的方案就是最佳横航向增稳方案。

双体层流验证机横航向模态特性改善方法研究

双体层流验证机采用双机身、T尾的气动布局形式,内翼段为层流验证段,其特殊的布局形式导致横航向气动特性和质量特性与常规布局飞机存在明显差异,进而横航向模态特性与常规布局飞机具有不同的特点。为使双体层流验证机横航向模态特性具有良好的飞行品质,通过研究横航向模态特性关键参数对双体飞机模态特性的影响,给出了改善双体飞机横航向模态特性的一般规律,综合得到了参数配置方法,通过对优化后的方案进行理论计算和分析,验证了参数配置方法的有效性。研究获得了双体飞机横航向模态特性受关键参数影响的一般规律和参数配置方法,为上述类型的飞机快速优化总体布局设计提供重要的参考。

动量增升高升阻比飞行器横航向稳定性研究

考虑高超声速飞行器装填、防热及操稳等多约束条件下的实用化设计需求,提出一种新型下反式高升阻比滑翔飞行器气动布局。借鉴乘波体飞行器的高升力设计方法及动量增升原理,该新型飞行器采用下反式后掠翼构型,上表面为光滑倒圆“Λ”形设计,下表面为内凹的装填空间,为尽可能避免长时间超远距离高超声速飞行带来的防热负担,采用后缘体襟翼及体侧扩张方向舵面设计。采用数值计算方法对所提布局思路进行验证分析,计算结果表明:在飞行高度为40 km,Ma=10的条件下升阻比可以达到4.48左右,在一定迎角范围内均具备很高的气动效率,验证了所提布局的有效性。同时重点针对所提布局共性的横航向稳定性问题基于数值模拟方法探讨了3种不同优化改进方案的效果及可行性,并采用风洞试验对两侧翼梢V尾的控制方案进行横航向稳定性控制效果的试验验证,结果表明:采用两侧翼梢V尾的控制方案是实现横航向稳定性控制的较优方案。

差动平尾和方向舵辅助滚转的横航向数学模型研究

为了解决高速飞行时副翼效率不足的问题 ,现代战斗机在横航向操纵中广泛采用了差动平尾和方向舵辅助滚转 ,这样适用于常规操纵飞机的横航向运动方程已不能应用于此类飞机。本文重新推导了针对此类飞机的横航向运动方程和传递函数 ,并对模型进行了验证。可以为飞行品质分析、飞行模拟和空战仿真提供可用的数学模型。

高速高机动飞行器的横航向偏离预测判据分析

以提高高速飞行器静稳定设计精度为目标,对横航向小扰动方程解的稳定性进行了讨论,推导出了开环动态偏航稳定判据(CnβDYN)和闭环横向控制偏离判据(LCDP)。进而对翼-体组合体高超声速飞行器做了工程估算,利用所得气动数据对此外形进行了全面的横航向稳定性分析,指出了CnβDYN、LCDP与传统横航向稳定性判据的差异,传统的横航向判据不能计入两者的相互耦合效应,也无法预则进行滚转控制时引发的偏航失稳发散。

多操纵面无尾布局飞机横航向控制

通过风洞测力实验,研究了不同操纵面单侧作动和同步差动对无尾布局飞机横航向气动特性的影响.结果表明:在线性段,升降副翼和襟副翼正向单侧作动以及同步差动都具有一定的增升效果,全动翼尖单侧作动使得全机升力系数减小.操纵面作动对偏航力矩控制的规律性不明显,通过比较发现全动翼尖单侧作动对偏航力矩的控制效果要高于升降副翼和襟副翼作动.操纵面作动对滚转力矩具有较好的控制效果.升降副翼和襟副翼正向作动均会带来负的滚转力矩,舵偏角度越大负向滚转力矩越大.升降副翼作动对滚转力矩的控制效率高于襟副翼,全动翼尖作动对滚转力矩的控制效率较低.相比单侧作动,两侧同步差动可以提高滚转力矩控制效率.

农林飞机近地作业飞行的横航向稳定特性

分析了地面效应对飞机产生附加滚转和偏航力矩的气动新机理,研究了农林飞机近地作业飞行时横航向气动特性随高度的变化规律,推导了考虑地面效应影响时的飞机横航向静稳定性新准则,并分析了不同飞行高度时这些静稳定性的变化趋势。采用地效区内飞机的运动方程,计算并分析了农林飞机不同作业高度下的横航向模态特性及变化规律,并进行了模态特性的简化和验证分析。

飞机横航向等效拟配模型的对比研究

针对电传飞机的横航向低阶等效拟配问题,根据国外新近规范及相关资料对飞机横航向等效模型及其拟配方法的提法,选用了五种适用于不同情况的等效系统数学模型,比较和研究了它们各自的特点;并通过对具体算例的计算,验证了各等效模型的适用范围及拟配方法的实用性;同时,对频率范围的确定、初值的选取等拟配计算中遇到的问题进行了探讨,提出了一些参考性建议。

某型飞机横航向飞行品质研究

在分析横航向飞行品质评估准则和方法的基础上,利用等效系统法对某型先进战斗机进行了横航向等效系统拟配,在时域、频域内验证了拟配结果。按照美军现行的M IL-STD-1797A规范对该型飞机横航向飞行品质做出了评估,重点分析了操纵系统中反馈通道对横航向飞行品质的影响。研究结果对带电传操纵系统的第三代飞机的作战使用与飞行品质潜能的发挥有一定的参考价值。

变体飞机典型状态横航向动特性及控制研究

在变体飞机横航向动态稳定性控制的研究中,变前掠翼布局因存在固有的气动弹性发散和变体过程强气动耦合以及力学环境的诸多不确定因素,使本身的动态特性相当复杂。因强调隐身设计成飞翼布局,使稳定性下降,起飞、着陆性能变差,操纵和控制难度增大。针对上述独特变体结构,为成功解决变前掠翼布局飞行器的动态稳定性不足的问题,采用小扰动理论建立了三角翼状态无人机的横航向动力学特性模型,给出了动特性分析原理;设计了四个独立的升降副翼舵面代替常规操纵面;进而进行了仿真研究。仿真结果表明,无人机横航向是接近中立稳定或不稳定的;最后采用鲁棒特征结构配置的参数化方法,设计了横航向的控制律,仿真结果表明,上述控制律能够使系统快速达到期望的动态特性和稳定性要求,从而验证了上述方法的有效性且结果可信。可为变体飞机的动力学分析和飞行控制系统设计提供有益参考。

民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估

针对适航标准对民机横航向静稳定性的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的适航符合性评估方法。根据适航条款的要求提出了量化评估指标,建立了飞机系统模型和驾驶员操纵模型,以实现定常直线侧滑飞行等的特定飞行任务的人机闭环数学仿真,并依据数学仿真结果和评估指标对飞机的横航向静稳定性做出评估。运用此方法完成了某型民机设计方案的适航符合性评估,并较准确地确定了飞机横航向2个静稳定导数的合理取值范围。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞行试验提供理论参考。

螺旋桨飞机近地飞行时的横航向稳定性

根据算例飞机数据,分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机横航向静稳定性的影响。结果表明,无论是否存在地面效应,螺旋桨滑流都将使飞机的航向静稳定性和横向静稳定性变差;同时,无论是否存在螺旋桨滑流,地面效应都将使飞机的横向静稳定性增强,航向静稳定性变差。此外,计算了不同飞行条件下的飞机横航向模态特性,分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机横航向动稳定性的影响。结果表明:无论是否存在地面效应,螺旋桨滑流都将增强滚转模态及荷兰滚模态的稳定性,并同时降低螺旋模态的稳定性;而无论是否存在螺旋桨滑流,地面效应总体上也都将使飞机的横航向动稳定性增强。

横航向飞行品质对参数的灵敏度分析

使用等效系统评价方法 ,根据数值计算结果分析了全权限电传操纵飞机从小迎角到失速迎角横航向飞行品质对于气动参数变化的灵敏度。结果表明飞行品质对操纵效能变化很灵敏 ,对横向气动导数变化又较航向灵敏 ,特别对于高增益、强调横向操纵飞机更为如此。同时建议飞控系统横航向通道随迎角调参 ,以确保在更宽的迎角范围内具有满意的飞行品质。

现代超声速战斗机横航向模态特性计算

首先推导了适用于某第三代超声速战斗机横航向运动方程和传递函数。然后对三种等效系统方法进行了对比分析 ,选用了效果较好的方法 ,并验证了计算模型。最后 ,对某战斗机的横航向模态特性进行了计算。结果表明 ,推导的模型正确 ,控制系统对某战斗机横航向飞行品质的改善作用明显。

小展弦比飞翼高速大攻角下横航向气动力散布分析

为了深入分析小展弦比飞翼布局气动力特性,采用了风洞试验方法对一种小展弦比飞翼布局开展了静态测力试验研究,得到了该模型的基本气动力特性。试验研究结果表明,在多次重复性试验条件下,横航向气动力出现较大的散布,其中,Ma=0.8,散布区域攻角变化范围为α=12°~28°;Ma=0.95,散布区域攻角变化范围为α=8°~16°;Ma=1.5,散布区域攻角变化范围为α=14°~16°。在重复性试验中出现这种测试值的散布,表明在该试验条件下,气动力具有明显的不确定性;在这些飞行条件下小展弦比飞翼布局可能出现横航向失稳运动。

横航向驾驶员诱发振荡研究及地面模拟验证

本文建立了包括非线性环节在内的横航向驾驶员—操纵系统—飞机本体组合系统的数学模型,采用闭环控制原理,对JJ-7飞机横航向驾驶员诱发振荡PIO问题进行了研究,并详细地讨论了驾驶员参数及其各种操纵动作、操纵系统和飞机本体气动参数对横航向PIO的影响,探讨了横航向PIO产生的机理。文中以JJ-7飞机为例,采用时域法在整个飞行包线各点进行了检查,并用固基飞行模拟器进行模拟验证。其结果与理论计算结果相一致。

大迎角气动导数对飞机横航向飞行品质的影响

以第三代战斗机为例， 采用等效系统方法， 通过计算并讨论飞行品质指标滚转模态时间常数 （ Ｔｒ）， 荷兰滚模态的阻尼比 （ζｎ） 和频率 （ωｎ） 及驾驶员座位处的侧向加速度 （ａｙｐ） 随气动导数的改变特征， 研究在失速迎角前大迎角气动导数对具有现代控制系统的飞机横航向飞行品质的影响。结果表明， 气动导数 Ｃｌδａ和 Ｃｌｐ 主要影响 Ｔｒ 及 ａｙｐ； Ｃｎδｒ， Ｃｎｒ， Ｃｎβ及 Ｃｙβ主要影响ζｎ 或ωｎ； Ｃｌβ的影响相对较小。

武装直升机横航向解耦控制研究

应用现代控制理论中的特征结构配置法，设计了武装直升机横航向增控增稳控制系统，并通过特征向量的选型使横航向两通道实现解耦。考虑舵回路后，利用增广的模型矩阵，通过特征值配置求出了输出反馈控制律，进而与指令模型、机械通道传动比一起构成解耦控制的系统结构图。数字仿真结果表明，系统具有良好的解耦控制效果和闭环特性。

武装直升机横航向增控增稳系统鲁棒性研究

武装直升机横航向增控增稳系统（ＳＣＡＳ）可看作是２输入５输出的多变量控制系统。多变量控制系统的鲁棒性可用稳定裕度（它不同于单变量控制系统中稳定裕度的概念）作为衡量标准。利用矩阵奇异值分解的方法，计算武装直升机横航向ＳＣＡＳ的稳定裕度，来评判所设计系统的鲁棒性。该方法获得的满足鲁棒性所要求的裕度指标，为我国军用直升机飞行品质规范的修订提供了依据。

飞翼布局横航向气动导数的总体估算方法研究

根据飞机设计初级阶段所得到的总体布局参数,建立并估算飞翼布局横航向气动导数的数值计算模型,对模型进行了算例分析,与计算流体力学方法(CFD-FASTRAN)、风洞实验所得的横航向气动导数做了对比分析。结果表明,基于总体布局参数估算的横航向气动导数简洁、快速、合理。