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1、飞机空中解体的残骸运动轨迹分析方法及计算程序一,第10卷第4期飞行试验1994年12月飞机空中解体的残骸运动轨迹分析方法及计算程序型至垒,/譬,文(中国飞行试验研究院)擒要飞机空中解体后,会形成多个残骸的坠落.本文根据坠落残骸运动轨违的数学模型-编制计算程序.计算飞机发生解体时的飞行状态及解体点的位置.这些信息对事故原固的分析很有帮助词苎墨壁,飞礼,戤嗬弛切轨,飞j寺关键词堑塑苎{上苎墨私,甏趣L,'I',-l概述调查空中解体事故时,调查员通常面对的是分布面积比较开阏的残骸现场,很难从现场直接获得有用的事后分析证据.通
2、过本文讨论的轨遗分析方法及其计算程序,调查员将会获得飞机解体时的飞行状态参数和解体点位置数据等对分析事故原因十分有用的信息.由于目前国产的大多数飞机型都未装飞行数据记录仪,因此开展对残骸运动轨迹分析方法的研究及其计算程序的编制是十分有必要的.本文只讨论残骸同时解体的情况,对不是同时解体的情况不予以考虑.残骸轨迹分析法的原理是根据二件以上的同时离机的残骸,其空中解体点必须是各残骸运动轨迹的交点.因此可以从残骸的落地点,按照残骸的运动轨迹反推到空中,求出解体点位置,解体时的飞行状态.但是解体时的初始状态又影响残骸的运动轨迹
3、,于是问题就复杂化了.为了解决这个问题,我们采用了最优化方法.研制残骸轨迹分析的规范性软件,首先需要对残骸轨迹进行理论分析,在一定的假设条件下,建立残骸运动的数学模型,按数学模型进行程序设计,求解残骸运动的过程是一个解微分方程的过程,当计算下落高度等于初始设置的高度时为计算始点.计算过程还要考虑风速,风向及大气密度随高度的变化等大气条件的影响,选择恰当的数学方法和计算步长,采取台理的优化处理,对结果的准确性起很大作用.为了使所开发的软件适用于空中解体事故现场调查使用,必须明确所需计算机的软硬件支持环境,以便于实际应用.
4、随着计算机的发展(尤其是体积小,兼容性好)使这种方法将更方便可行.2残骸的轨迹分析2.1残骸运动方程的建立飞机解体后的残骸运动是一个非常复杂的过程.由于残骸形状不规则.它在降落中是滚转的.空气动力变化很复杂.风速变化也很复杂.因此,要想精确地描述残骸运动是困难的.为了简化计算,现作如下假设:飞行试验1994年12月将残骸的运动视为质点运动;b.认为残骸的阻力为空气动力合力lc.认为飞机的离机状态与飞机解体时的飞行状态相同;d.只考虑风随高度变化,不考虑风随时间变化.根据牛顿定律和空气动力学基本公式,可推导出残骸在直角坐
5、标系中(见图1)的分量方程;=一c(;一)一一cp"(i一);一一cp越+g式中:c一初始条件:当=0时计算终点:I~--z=0/…一/～,,J磕1.,,图1空中直角坐标系一,/(i一)+(,一)+0=o,0=0,o一0=p-o'一o't=2.2解俸位置及飞行状态的确定为了求出解体点的位置.应将座标系OXI"Z转换到地面座标系AX=zd(图2),原点一般取在主残骸坑,指向正东,指向正北,zd沿铅垂线向上,在地面座标系中,解体点的加权平均值可表示为:z..=∑^(.一‰)/∑^●1t一1.=∑(—)/∑^式中^为残骸的权
6、值.权值表示残骸的可靠程度,原始数据可靠的残骸取太值,否则取小值.口/!/一,,,一』,1,l,It/-.ll一/一,n图2空中座标系与地面坐标系的关系从上式可以看出,解体位置".,是残骸水平,飘移距离的函数,玑又是初始状态o,,,的函数.由于.=0cos如-n0=ocosD'n妒orio=in岛因此,解体位置",是初始速度航向角,轨迹角仉,高度^o的函数.任意给定一组,,咖,就可计算出平均解体位置,和各残骸的离机点%一弘一.各残骸离机点偏需,第l0卷第{期刘军仓.飞机空中解体的残骸运动轨迹分析法及计算程序43平
7、均解体位置的分散度用均方差表示为由上式可知,均方差也是初始速度",航向角机,轨迹角以,高度k的函数.如果飞机同时解体,那么将各残骸从落地点措着运动轨迹反推到空中,应拼成一架完整的飞机,也就是说,各残骸的离机点应为一点(忽略飞机尺寸).于是,初始速度,航向角,轨迹角,高度的判别式为:=0.在实际计算中,由于存在计算误差,飞机本身也不是一点,上述判别式应改为;≤式中为允许误差.如果计算出均方差远大于允许误差,说明这些残骸不是同时解体的.反之是同时解体的.3残骸轨迹分析的方法和步骤a.I收集原始资料进行残骸轨迹分析所必需获取
8、的原始数据有:a.I.I气象资料进行残骸轨迹分析所必需的气象资料是飞机发生事故时,当地备高度上的风速,风向,测风地点距飞机解体点愈近愈好,但实际上只能在距事故现场最近的气象台站获取.测风时间则要求不超过事故后的2h.洲风高度,要求测到该机的最大飞行高度.当高度为5000m以下时.每l00m分层,当高度为500O—l0000m时,每
