民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43No．2http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0119民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估陈俊平，王立新4(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：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

2、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。关键词：民用运输类飞机；横航向静稳定性；适航性；飞行动力学；数学仿真；驾驶员操纵模型中图分类号：V212．12文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)02—03

3、01—10横航向静稳定性是评定飞机操稳特性的重要指标之一。横向静稳定性是指飞机在平衡状态受到外界非对称扰动产生小量滚转角△西后，具有自动恢复机翼水平姿态的趋势，判据为无量纲横向静稳定性导数C塘<0。航向静稳定性是指飞机在平衡状态受到外界非对称扰动产生小量侧滑角△口后，具有自动消除侧滑运动的趋势，判据为无量纲航向静稳定导数C。。>0⋯。目前，国内外多采用风洞和飞行试验弘。1、计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)数值计算¨{1、飞行模拟机¨1和经验公式¨1等方法求解出C坫和C帼后，再进行飞机横航向静稳定性的判断。

4、然而，现行适航标准的要求并不直接以上述2个导数的符号来判别，而是通过驾驶员操纵飞机完成定常直线侧滑飞行任务，再根据试飞结果对飞机的横航向静稳定性做出判断¨。。当lc砧I过大时，会使得飞机作定常直线侧滑飞行的最大侧滑角小于适航条款要求的侧滑角范围，而当Ic坩J过大时，会导致副翼操纵量超过适航条款许可范围。在这些情况下，即使民机是横航向静稳定的，也不能满足适航条款的要求，即适航条款对民机横航向静稳定性的要求不能仅靠2个静导数的符号来判断，应进一步考察飞机的运动特性。根据适航条款规定的飞行任务，首先，在低速飞行状态下，要求在可达的侧滑角范围内副翼不得出现

5、饱和的情况。若采用横航向平衡运动方程求解的方法，虽可求得定常直线侧滑飞行时的侧滑角、副翼和方向舵的大小，但这3个参数求解方程中的各气动导数在给定速度时仍是迎角和侧滑角的函数，这种多重函数关系给准确求解带来困难。其次，在高速飞行时，允许飞机在副翼饱和后以带滚转角速度的航向机动飞行，若仍采用平衡方程法则无法求得方向舵、侧滑角和滚转姿态等的响应过程，即无法完成这种情况下的适航符合性验证。最后，现代电传民用飞机设计中多采用收稿日期：2016-01-29；录用日期：2016m5-20；网络出版时间：2016_06·2411：09网络出版地址：WWW．cnki

6、．net／kcms／detail／11．2625．V．20160624．1109．003．html基金项目：国家“863”计划(2014AAll0501)$通讯作者：E—mail：wlx—c818@163．corn引用格式：陈俊平，王立新．民机横航向静稳定性适航符合性教学仿真评估ⅣJ．北京航空航天大学学报，2017，43乜)：301．310．CHENJP，WANGLX，Mathematicalsimulationandevaluationforlateral—directionalstaticstabilityairworthinesscompli

7、anceofcivilaircrafteJ1．JournalofBebingUnivefsi@ofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：301-310(inChinese)．302北京航空航天大学学报2017年放宽静稳定性的构型来提高经济性，因此需要设计增稳控制系统来改善其动稳定性∽。。此时，飞机完成定常直线侧滑的各参数的响应特性与本体特性有一定区别。仅依据飞机本体的c据和c。。的符号显然不能准确地判断电传飞机的横航向静稳定的适航符合性。目前，国内外仍采用原型机的飞行试验方法来评估民机三轴静稳定性的适航符合性¨

8、“”o。但是，若设计方案不能满足适航符合性的要求，而设计已进入后期，修改设计将付出很大的代价。针对这一问题，国内外均提出了