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1、第26卷第2期飞行力学Vol.26No.22008年4月FLIGHTDYNAMICSApr.2008结冰对飞机飞行包线影响分析及控制杜亮,洪冠新(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083)摘要:为解决飞机在结冰后因飞行包线范围缩小而危及飞行安全的问题,针对飞机纵向三自由度非线性模型分析了翼面结冰对飞行包线的影响。在二级折线软限制式迎角限制器中引入结冰信息,综合考虑各个结冰传感器信号,通过比较采用对迎角、襟翼偏度限制最大的结冰信号来设定限制器阀值,在线/实时地改变可用飞行包线范围,使结冰飞机在缩小的飞行包线范围内能够安全飞行。
2、仿真计算表明,该方法实用有效,可供飞机结冰问题研究人员参考。关键词:飞机结冰;包线保护;飞行安全;飞行控制中图分类号:V21211文献标识码:A文章编号:100220853(2008)0220009204[2]引言(3)在中等迎角下发生滚转异常。111机翼失速迎角的确定飞机结冰对飞行产生不利影响,使飞机性能下降,飞行品质变差,甚至危及飞行安全。结冰使飞机由于冰型改变了机翼的气动外形与表面粗糙飞行包线向内“萎缩”,飞行范围进一步受到限度,使翼面气流提前分离,导致襟翼处的铰链力矩随[1]制。包线保护是一种飞行安全措施,几乎所有的着迎角的变化
3、而变化,并产生一定的波动,该波动由飞机都有某种形式的包线保护措施,如B777和一不稳定系数(RMS)来表征,它在升力出现最大值A320都用预先设定的限制值来限定飞行参数的范之前出现极大值,并且该不稳定系数的变化在升力围。大量的与结冰相关的事故分析表明,需要改进曲线的线性阶段就可被观察到,因此可根据襟翼处飞机的包线保护系统以解决结冰时飞行包线缩小的不稳定铰链力矩值的变化来提前预知失速[3]。结冰问题,如ATR72飞机的失速保护系统与结冰保护系条件下机翼的失速迎角比干净外形时要小,不同的[2]统相连接来共享结冰信息。为减少结冰带来的飞结冰极
4、限、结冰位置对失速迎角的影响也不同,在失行事故,解决结冰使飞行包线缩小的问题,本文分析速来临之前襟翼处不稳定铰链力矩系数(Ch,RMS)发了结冰对飞行包线的影响,在此基础上提出了控制生突变并具有一定的安全裕量。方法,设计的包线保护系统能根据飞机飞行状态和机翼上所积冰的几何特征对机翼的失速迎角、结冰严重性实时地确定飞行包线范围,并根据这些最大升力系数有很大的影响,文献[4]根据对实验量来动态地调整各限制器的控制参数,以保证飞机数据的统计建立了冰型几何尺寸与气动特性的关系在结冰条件下的飞行安全。式,定量地分析结冰形状对气动特性的影响,该方法
5、具有一定的误差但可在工程上应用。最大升力系1结冰与飞行包线缩小量的关系数、失速迎角与冰型的关系式如下:飞行包线是飞机飞行速度与高度范围的边界,CL,max=-01077+0184(θu/180)+01184tle(1)结冰对飞机飞行包线影响体现在三个方面:αsta=21925+5144(θu/180)+11525tle(2)(1)机翼失速迎角的减小;式中,CL,max为最大升力系数;θu为冰角的角度;tle为(2)水平尾翼失速迎角的减小;最小结冰厚度。收稿日期:2007205221;修订日期:2007211205作者简介:杜亮(1979
6、2),男,内蒙古呼伦贝尔盟人,硕士研究生,研究方向为飞行动力学与控制;洪冠新(19672),女,辽宁鞍山人,研究员,博士,研究方向为飞行动力学与控制。10飞行力学第26卷量之后,需要将这些数据传递给飞行控制系统,在112平尾失速迎角的确定线/实时地修改飞行包线范围,以保证飞机结冰后能平尾与机翼结冰的原理相同,可参照测量Ch,RMS在一个缩小的飞行包线范围内安全飞行。的方法来预知平尾失速,即测量升降舵处的不稳定铰链力矩系数Chδ;也可参照机翼最大升力系数、2包线保护系统设计e,RMS失速迎角与冰型的关系式来计算平尾的最大升力系数和失速迎角
7、。应注意:一般来说平尾都是在较大结冰飞机包线保护系统通过限制可用迎角范围负迎角下失速,并且在这里要考虑机翼下洗的影响。与襟翼偏度来防止结冰飞机失速、平尾失速及滚转异常。控制系统框图如图1所示。其中,δe为升降113滚转异常迎角的确定舵偏角;δp为油门开度;δF为襟翼偏角。综合考虑撞击在机翼前缘的过冷水滴由于融解潜热的作各个结冰传感器的信号,由max表决器选择一个对用不能完全冻结,在气流吹拂下向撞击极限后方溢迎角限制最大的结冰信号来设定迎角限制器的阀值流,使结冰在机翼上表面向后延伸到较远的地方,这α1和α2,防止飞机失速和滚转异常时根据传
8、感器信种结冰对位于机翼后缘处副翼附近的流动有较大的号按照一定的比例来设定α1和α2,避免平尾失速时影响,随着迎角增加在中等迎角下即可造成气流分要依据平尾的结冰情况与配平能力来决定最大可用离,并且由于溢流区形
