低能量状态对飞行安全的危害及改出方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug252017Vol38No．8SSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn低能量状态对飞行安全的危害及改出方法陈俊平，王立新”北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083摘要：对民机在进近着陆阶段可能诱发飞行事故的低能量状态和驾驶员的改出操纵方法进行了研究。根据近年的民机事故分析报告，结合运输类飞机适航标准CCAR一25一R4、飞行试验指南AC257C、军用规范及相关行业标准，较系统地提出了涉及着陆拉平、侧

2、风着陆和可控撞地的低能量状态的定量判定准则。以某型支线客机为例，采用数字仿真计算的方法，分别研究了在进近着陆过程中低动能和低势能状态可能导致的飞行安全问题及其特点。针对低动能改出提出了增加速度并抑制爬升的方法，针对低势能改出提出了增大俯仰姿态并保持速度的方法，最后通过仿真计算验证了两种改出方法的有效性。研究结果可为低能量告警系统的设计和驾驶员的改出操纵培训等提供理论参考。关键词：民用飞机；低能量；飞行安全；低能量判断标准；改出方法中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)08121077—11根据近年来中国民航飞行事故的分析报告和文献[1。2]

3、，能量逐渐降低的进近着陆阶段是发生重大事故最频繁的阶段，引起飞行事故的诱因大致可分为恶劣气象条件与人为因素等。其中，恶劣气象条件包括低空风切变与结冰等，人为因素主要指由于驾驶员操纵不当导致飞机空速或高度过低，即能量过低而引起的飞行事故，如低动能可能导致着陆拉平困难、操纵面饱和，甚至失速而引起飞行事故，以及低势能导致飞机提前接地的可控撞地事故等。现代电传民机的飞行控制系统中，一般均具有迎角包线保护的功能，通过限制迎角的大小可有效防止飞机失速。但是，当飞行速度处于正常运行速度与失速速度之间时，飞机的迎角不必增大至失速迎角即可获得足够的升力，但其仍存在由于操纵效能下降导致的难操纵、

4、操纵面饱和以及势能过低导致的可控撞地等问题。而且，由于现代电传民机的定载稳定性一般设计为中立稳定口]，当飞机速度降低时，飞控系统会自动操纵升降舵抑制飞机的俯仰运动，使驾驶员难以直接从速度变化引起的俯仰运动中发现飞机的速度出现异常。因此，在进近着陆阶段，当飞机以低于正常值的速度稳定进近时，若无提示，驾驶员只有在最后拉平操纵时才会发现拉平困难，甚至难以拉平，造成飞机重着陆，直接危及飞行安全。针对以上问题，FAA(FederalAviationAd—ministration)针对A350一900∞J、EMB一550L4。和BD一500—1A10[51等机型，明确指出了其飞行控制系统

5、中需包含有低能量告警功能及应达到的性能要求，以便驾驶员能够完成低能量的改出。但是在研究报告中未提及低能量状态的判断标准和改出方法。Shish等邸1提出了基于能量状态评估来预测和优化下滑航迹的方法，以辅助驾驶员改出低能量状态，但并未给出驾驶员改出低能量状态的基本操纵方法，有关驾驶员改出操纵方法的研究现在主要是针对失速改出[71和风切变改出[83等收稿El期：2016—12．26；退修日期：2017—02—15；录用日期：2017—04—14；网络出版时间：2017—04—1717：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．201704

6、171739004html*通讯作者．E—mail：wlxc818@163．com引用格武；睬俊平．王立新．低能量状态对飞行安全的危害及改出方法￡山．航空学报·2017，38(8)：121077．CHENJP，WANGLXHazardsoflowenergystatetoflightsafetyandrecoverymethods!山．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica·2017，38(8)121077．121077．1航空学报问题来开展的。据此，本文首先以《运输类飞机适航标准》CCAR一25一R4[93和《运输类飞机合格审定——飞行试验指

7、南》(AC25—7C)ElO]为依据，针对由于低动能导致着陆拉平和侧风着陆困难，以及低势能导致飞机提前接地的3种低能量状态，提出了定量判断标准。其次，由于低能量状态容易诱发飞行事故，若直接采用飞行试验的方法来研究低能量状态对飞行安全的影响则风险较高，因此提出了基于数字虚拟飞行仿真计算的方法，分别分析了低动能和低势能对飞机进近着陆阶段飞行安全的影响特点。最后，建立了具有普适性的低能量改出方法，并通过数字虚拟飞行仿真进行了验证。研究结果可用于构建机载低能量告警系统，实现飞机多种低能量状态的实时告警。相应的改