直升机前飞中等幅度滚转姿态敏捷试飞技术研究张宏林模板

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资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。第二十八届()全国直升机年会论文直升机前飞中等幅度滚转姿态敏捷试飞技术研究张宏林1秦超敏2孙杰3(中国飞行试验研究院,西安,710089)摘要:本文主要针对ADS-33E中直升机前飞中等幅度滚转姿态敏捷要求的性能指标进行分析,简述了某型直升机前飞滚转姿态敏捷试飞方法、试飞结果及分析,以期大家对姿态敏捷指标、试飞技术及其使用其背景有初步的了解。关键词:前飞;滚转;姿态敏捷;试飞;飞行品质;规范ADS-33E0引言姿态敏捷性指标是直升机的一项重要指标,特别对武装直升机,良好姿态敏捷性指标能够让直升机快速的从一种稳态的姿态变化到另一种稳定的姿态,能够顺利的完成障碍规避、地形跟踪及侦察攻击等各类复杂的任务。前飞时的中等幅度滚转姿态敏捷指标是对直升机产生滚转速率来获得滚转姿态变化能力的一种量度,所用的参数也是从一种稳定姿态变到另一种稳定姿态所达到的最大滚转速度与滚转姿态变化之比。前飞中等幅值滚转姿态敏捷是度量直升机完成诸如追随跟踪所要求的迅速、中等精度姿态变化的能力的标准。ADS-33E美国军用直升机飞行品质规范将敏捷性分为小幅姿态变化、中等幅度姿态变化及大幅姿态变化。对于小幅度姿态变化,

1资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。姿态敏捷性经过小幅度操纵输入及操纵执行机构的带宽要求来控制。对于大姿态变化,姿态敏捷性经过大幅度姿态变化要求来控制。中等幅度姿态敏捷性要求将小幅度下的频域带宽极限与大幅度下的时域角速度峰值有效地联系起来。同时,ADS-33E将开环试验得到的各个飞行品质指标的和相对应的任务机动的闭环试验的结果结合起来,综合评定直升机飞行品质等级,强调直升机综合使用性能。本文以国内某型直升机前飞滚转姿态敏捷飞行试验为背景,经过对ADS-33E美国军用直升机飞行品质规范、GJB902-90军用直升机飞行品质规范对滚转姿态敏捷指标的要求及国外试飞相关情况的深入研究,进行前飞状态下滚转姿态敏捷试飞方法和试飞结果的分析,总结出了前飞滚转姿态敏捷试飞技术。1规范要求与分析1.1ADS-33E规范要求前飞中等幅度滚转姿态敏捷规范要求;滚转角速度峰值与滚转角变化量峰值之比,即ppk/Dfpk应满足图1中的要求。从一个稳定滚转姿态过渡到另一个稳定滚转姿态所需的姿态角改变应尽可能快地完成,且相对配平位置不应有明显的座舱操纵反向。符合本要求的滚转角的变化应在10°到使用飞行包线边界或滚转角改变60°(取较小者)的范围内。图1中的参数定义。对只适用于UCE=2或3的响应类型,不必满足本要求。

2资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。DfDfpkDfmin图1中等幅度滚转姿态变化要求1.2ADS-33E与GJB902-90规范对比分析ADS-33E将直升机的滚转姿态变化的敏捷性分为悬停低速及前飞时的小幅姿态变化、中等幅度姿态变化及大幅姿态变化。对于悬停低速及前飞小幅度的姿态变化分为操纵输入的短期响应及扰动输入引起的短期响应,一般利用驾驶员的操纵输入及施加与操纵执行机构的频率扫描试验来获得小幅度的带宽和相位延迟等滚转姿态变化的敏捷性指标。对于大幅度的姿态变化要求,一般利用大幅度的操纵输入来获得速率响应类型和姿态响应类型能大大的最小的滚转角速率及最小的滚转角的变化量等滚转姿态变化的敏捷性指标。中等幅度滚转姿态敏捷性要求将小幅度滚转姿态的频域带宽极限与大幅度滚转姿态的时域角速度峰值有效地联系起来。利用滚转角速度峰值与滚转角变化量的峰值之比,即ppk/Dfpk来考核直升机从一个稳定滚转姿态过渡到另一个稳定滚转姿态的能力,

3资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。利用Dfmin反应操纵响应的姿态变化情况。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。GJB902-90中也有对滚转姿态变化的敏捷性要求,它是利用滚转操纵性要求来反应直升机滚转姿态变化的能力。GJB902-90规范中滚转操纵性分为悬停低速和前飞时的操纵性,一般利用横向阶跃输入方式获得前飞时的滚转操纵功效、操纵灵敏度及t30等敏捷性指标,可是经过下面的分析表明前飞时滚转姿态敏捷性与滚转操纵功效有一定的差别。由前飞时横滚运动方程及单位阶跃输入直升机滚转姿态的传递函数分析可知:对于ζ=0,角速度峰值与滚转角最小变化量之比为:由上式可知,滚转敏捷性综合考虑了直升机的阻尼、频率和操纵灵敏度,而操纵功效只考虑了频率和操纵灵敏度,用角速度峰值与姿态最小变化量之比作为姿态敏捷性判据比用操纵功效来评定直升机的姿态敏捷性更为适宜。2试飞方法与分析2.1试飞对象某型直升机为单旋翼带尾桨布局,旋翼旋转方向为顺时针(俯视),

4资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。尾桨在机身右侧为底向前旋转方式。由于直升机受自身复杂的气动耦合特性和飞行力学特性的影响,直升机的裸机飞行品质一般较差,很难精确完成一些复杂的任务,特别是ADS-33E规范里面要求的一些响应类型单独靠直升机的裸机特性是无法达到,必须要借助与先进的飞行控制系统来完成复杂的任务机动。该直升机装备了双余度数字式四轴飞行控制系统,飞行控制系统的核心功能是实现控制增稳功能。该直升机的控制增稳系统的设计过程中,采用了姿态保持和姿态控制(ACAH)及速率保持和姿态控制(RCAH)响应类型设计。本文介绍的试验是在姿态控制和姿态保持(RCAH)响应类型进行的。2.2试飞动作设计分析德国宇航中心利用BO105进行了前飞时的姿态敏捷试飞技术研究,在试飞研究的过程中采用了圆脉冲(峰形)和尖脉冲(短持续时间脉冲)两种类型的操纵输入方式来确定中等幅度滚转姿态响应等级。为了得到不同的最小滚转角,在试验过程中不具体规定姿态而是改变圆脉冲(峰形)幅值和脉冲操纵输入的持续时间。试验初期,由于滚转角响应趋于漂回到零,因此很难得到△φmin值。经验表明,只要在操纵输入之前小心配平直升机,操纵输入后放开操纵杆就能消除这个问题而且得到较好的响应结果,图2是利用上述操纵输入的试验方法得到的BO105直升机中等幅度滚转姿态响应等级,从图中能够看出,BO105直升机的中等幅度滚转响应等级介于等级1和等级2的交界线附近;而且所有的飞行试验数据都位于相对狭窄的范围内,这表明重复性很好。

5资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图2BO105中等幅度滚转姿态变化试飞结果直升机平飞时经过横向操纵输入改变滚转姿态后,将进入转弯飞行,横向操纵位置不需要保持而达到直升机保持稳定的转弯飞行;因此前飞滚转姿态敏捷设计为RCAH响应类型,RCAH的角速度响应正比于操纵输入的速率,要达到稳定姿态的快速改变,最后角速度必须要恢复到零,因此只能用脉冲操纵输入达到姿态改变。为能达到一定的姿态变化(如滚转姿态敏捷条款要求滚转角变化10°~60°),脉冲需要一定的持续时间,幅值则越大越好。借鉴BO105的数据结果,设计动作的持续时间为1~2s、幅值为总行程的15%~20%(3~5)的平滑脉冲输入方式。3试飞结果及分析在试验过程中在典型状态下选取Hp为1000m为试验高度,分别以V1、V2、V3三个不同速度的稳定平飞开始,进行横向左、右压杆脉冲操纵输入。试验过程中为了得到不同的最小滚转角,经过改变幅值和矩形脉冲输入的持续时间来获得不同大小的。图3给出了三个速度下的试飞结果,从图3中的试飞结果可知该型直升机在RCAH响应类型下前飞滚转姿态敏均满足等级1的要求。由于CSAS的增控能力有限,

6资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。出于安全考虑没有选择过大的操纵幅值,也没有让飞行员进行过长的操纵输入时间,因此从试飞结果能够看出,本次飞行试验中各个速度下的的比较小基本,而且比较集中。等级3等级2▲V1●V2■V3等级1资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图3前飞时横向姿态敏捷从ADS-33E规范的姿态敏捷指标要求及任务科目的动作描述分析能够看出,滚转回动、高摇一摇、低摇一摇等闭环任务机动科目与前飞滚转敏捷有紧密的联系,这些科目是滚转姿态敏捷指标的综合使用。滚转回动、高摇一摇、低摇一摇等任务机动科目均要求直升机经过快速滚转来实现直升机的规避、转弯攻击等战术机动任务。在飞行试验中进行的滚转回动的任务科目试飞也达到了等级1的要求,表明前飞滚转姿态敏捷指标与滚转回动任务科目的试飞结果比较一致,均达到等级1的要求。4结论与展望经过对ADS-33E及GJB-902-90军用直升机飞行品质规范要求及国外试飞资料的认真分析,

7资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。总结出了前飞滚转姿态敏捷要求的试飞技术。该试飞方法获得的试飞结果满足该型号的飞行品质规范要求。本项研究为我们开展ADS-33E规范的背景研究以及后续中国新的飞行品质规范的背景材料的编写,并为后续直升机型号姿态敏捷试飞提供了经验和技术支持。参考文献[1]高正.陈仁良.直升机飞行动力学.北京.科学出版社..4[2]军用直升机飞行品质规范译文集.中国直升机设计研究所.1994.4[3]军用直升机飞行品质要求.中国人民解放军总装备部[4]直升机机动飞行时响应特征和评定要求.杨松山中国飞行试验研究院ResearchofflighttesttechnologyforforwardflightmoderateamplitudeattitudequicknessonahelicopterZHANGHong-linQINChao-minZHUYu(ChineseFlightTestEstablishment,Xi’an710089)Abstract:Inthispaper,mainlyanalyzingtheforwardflightmoderateamplitudeattitudequicknesscriterionrequirementintheperformancestandardsofapieceADS-33versions(ADS-33E),describingforwardflightmoderateamplitudeattitudequicknessmethodandresultanalyzingonahelicopter.Keyword:Forwardflight;roll;attitudequickness;handlingquality;flighttest;ADS-33E