民机起飞爬升梯度适航符合性数学仿真评估.pdf

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1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVoI．42No．10http：ffbhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0617民机起飞爬升梯度适航符合性数学仿真评估孟祥光1，王立新2一，刘海良2(1．北京航空航天大学大型飞机高级人才培训班，北京100083；2．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北

2、京100083)摘要：民机起飞过程中沿起飞航迹各点的爬升梯度反映了飞机超越地面障碍达到安全飞行高度的能力。针对适航条款对于起飞程序和爬升性能的要求，提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的单发停车起飞爬升梯度适航符合性评估方法。建立了飞机本体动力学模型、起落架运动模型和驾驶员操纵模型，提出了适航符合性评估指标，并设计了飞机单发停车起飞的仿真任务和驾驶员操纵程序。通过闭环数字飞行仿真完成了不同验证状态点的爬升梯度评估。该方法可应用于民机的概念方案设计，计算结果可为飞机起飞重量的确定与单发失效爬升性能的试飞验证等提供理论参考。关键词：

3、爬升梯度；适航；单发停车；数字飞行仿真；驾驶员操纵模型中图分类号：V212．1文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)10-2222-09为了保障飞行安全，飞机起飞离地后需要迅速拉起爬升加速至起飞安全速度，达到10．5m的起飞安全高度，进入起飞爬升阶段并继续爬升至离地高度不低于450m。爬升梯度定义为飞机爬升的高度与飞过的水平距离的比值¨。。民机起飞阶段和起飞爬升阶段的爬升梯度反映了飞机超越地面障碍物并爬升到安全飞行高度的能力。根据运输类飞机适航标准CCAR．25部的规定，民用飞机在关键发动机停车后继续起飞时，起

4、飞航迹各阶段需满足一定的爬升梯度要求，爬升梯度的适航符合性验证最终应通过飞行试验完成。但是，起飞爬升梯度是飞机起飞重量的重要限制条件，同时也是影响起飞飞行航迹的重要因素，因此有必要在民机的概念方案阶段较为准确地计算起飞过程中的爬升梯度，为飞机起飞重量的确定提供依据，并保证飞机最终通过单发停车爬升性能条款的适航符合性验证。目前，单发停车爬升梯度的计算方法主要是根据飞机爬升状态下的动力学方程推导出爬升梯度的计算公式，将爬升梯度表示为以飞机重量、发动机推力、飞机升阻比和加速因子等为自变量的函数，通过代入上述自变量的数值最终确定飞机爬

5、升梯度的大小¨⋯。关键发动机停车后可用推力减小，起飞加速过程受到影响；不对称推力将导致飞机在发动机停车后的一段时间内偏离预定的起飞航迹和姿态，甚至出现机头下沉等现象"1。采用数学公式的计算方法难以反映单发停车后飞机飞行参数的动态过程和纠偏过程中驾驶员的操纵程序，以及上述因素对于起飞爬升性能的影响。本文建立了飞机本体动力学模型、起落架运动模型以及基于起飞任务的驾驶员操纵模型，构成了人机闭环数学仿真模型。在此基础上，结合民用航空规章的要求提出了适航符合性评估指标，最终建立了基于人机闭环数学仿真计算的民机单发停车起飞爬升梯度适航符合

6、性评估方法，并以某型飞机为算例完成了仿真计算验证。收稿日期：2015-09-22；录用日期：2015．10-18；网络出版时间：2016-01·2108：44网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160121．0844．001．html基金项目：国家“863”计划(2014AAll0501)}通讯作者：Tel．：010·82338821E—mail：wlxc818@163．tom引用格式：孟祥光，王立新，刘海良．民机起飞爬升梯度适航符合性教学仿真评估ⅣJ．北京航空航天大学学报，

7、2016，42(10)：2222—2230．MENGXG。WANGLX，L儿，HL．Mathematicalsimulationandassessmentofairworthinesscomplianceofclimbgra-dientduringtakeoffofcivilaircraftfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(1O)：2222—2230(inChinese)．第10期孟祥光，等：民机起飞爬升梯度适航符合性数学仿真评

8、估22231适航条款的要求与理解CCAR．25R4第25．121条(a)～(c)款对民机在单发停车情况下起飞飞行航迹不同阶段的最小爬升梯度做出了规定‘61。单发停车爬升梯度的适航符合性验证需要考虑起落架位置、起飞重量以及结冰条件等因素。其中，起落架的位置应按照CCAR一25R