飛行失控是造成民機(jī)災(zāi)難性航空事故的重要因素,飛行失控中飛機(jī)難以避免超出正常飛行包線范圍,進(jìn)入具有復(fù)雜非線性和非定常動態(tài)氣動特性的極限飛行狀態(tài)。本文開展典型民機(jī)布局飛機(jī)極限飛行狀態(tài)的動導(dǎo)數(shù)、大振幅試驗,對大迎角動態(tài)氣動力的參數(shù)影響規(guī)律以及非線性、非定常特性進(jìn)行分析和建模。結(jié)果表明,在飛機(jī)失速到過失速區(qū)域,飛行姿態(tài)快速變化過程中動態(tài)氣動力的非線性和非定常特征顯著;在動導(dǎo)數(shù)試驗和建模中,考慮運動角速率的影響,可以預(yù)示氣動力非線性的迎角范圍,并捕捉到關(guān)于飛機(jī)動穩(wěn)定性演化的關(guān)鍵特征;利用Goman-Khrabrov狀態(tài)空間模型結(jié)合大振幅試驗,可以確定模型中表征非定常特征的關(guān)鍵時間常數(shù),獲得特定極限飛行狀態(tài)運動中的非定常動態(tài)氣動力特性。研究方法和結(jié)果為開展民機(jī)極限飛行狀態(tài)的動態(tài)氣動力風(fēng)洞試驗設(shè)計與建模提供了一個可行途徑,能改進(jìn)飛機(jī)飛行失控預(yù)防、極限狀態(tài)改出、飛行模擬訓(xùn)練和飛行事故分析等。 

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

俯仰振蕩和滾轉(zhuǎn)振蕩試驗

在常規(guī)飛行條件下，利用縮比模型開展動導(dǎo)數(shù)試驗時，主要考慮減縮頻率相似[23]，以表征全尺寸飛機(jī)和模型之間關(guān)于剛體運動和繞流流體運動在時域上的同時性，形如：可見，常規(guī)試驗中定義的減縮頻率^ω這個相似參數(shù)不包含關(guān)于運動振幅的信息，而從圖3給出的俯仰振蕩試驗結(jié)果看，在α≤10°飛機(jī)翼面流動未分離或α≥35°飛機(jī)翼面分離流動充分發(fā)展（或可認(rèn)為流動已經(jīng)完全分離）條件下，俯仰阻尼導(dǎo)數(shù)隨減縮頻率或振幅均不敏感，因此可以認(rèn)為，在常規(guī)小迎角范圍內(nèi)或者在極限飛行狀態(tài)中迎角特別大時，采用小振幅振蕩獲取動導(dǎo)數(shù)試驗方法可以獲得比較準(zhǔn)確的動態(tài)氣動力特性。但是，對于極限飛行狀態(tài)中10°<α<35°范圍內(nèi)（該范圍通常為飛機(jī)失速到出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)尾旋之前），俯仰阻尼導(dǎo)數(shù)不僅受減縮頻率影響，即使飛機(jī)的減縮頻率相同，運動的振幅也會對阻尼導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生顯著影響�？梢姡Ｒ�(guī)飛行條件下僅考慮減縮頻率作為相似參數(shù)的試驗方法對于部分極限飛行狀態(tài)而言是難以捕捉其氣動特征的。

圖4中分別給出小迎角（α0=4°）、中大迎角（α0=16°）、大迎角（α0=40°）下，以振蕩頻率f=1Hz、振幅A=5°開展動導(dǎo)數(shù)試驗時，繪制的俯仰力矩系數(shù)Cm關(guān)于迎角的遲滯回線，圖中不同“截止頻率”指的是數(shù)據(jù)處理時的濾波截止頻率。例如，截止頻率為1 Hz（與強(qiáng)迫振蕩頻率相同，即通常說的保留1階量），即認(rèn)為繞流流場變化頻率與飛機(jī)剛體運動頻率一致，遲滯回線為標(biāo)準(zhǔn)橢圓。眾所周知，基于小擾動線性化假設(shè)的動導(dǎo)數(shù)就是由該1階量計算得到的。可以看出，在常規(guī)小迎角范圍或者在迎角特別大時，保留到高階量（如6階）與只留1階量相比遲滯回線是比較接近的，即表示此時用動導(dǎo)數(shù)就可以比較準(zhǔn)確地描述飛機(jī)的動態(tài)氣動力，俯仰力矩隨俯仰角速度是接近線性變化的；但是，如圖4(b）所示，在該中大迎角范圍時，氣動力存在明顯的高階量，因此，俯仰力矩隨俯仰角速度變化有明顯的非線性特征，此時，常規(guī)的線化導(dǎo)數(shù)不能精確反映動態(tài)氣動力特性。從對氣動力的頻譜分析也可以看出，對應(yīng)的數(shù)據(jù)含有1～6階量（7階以上基本沒有），一方面說明了該區(qū)域動態(tài)氣動力存在顯著非線性，另一方面該結(jié)果也表明對于氣動力遲滯回線的計算，保留到6階（當(dāng)強(qiáng)迫振蕩頻率為1Hz時，截止頻率為6Hz）是比較合理的。圖4 不同平均迎角下強(qiáng)迫振蕩時俯仰力矩隨迎角變化的遲滯回線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3268808