基于极值理论的平尾结冰飞行风险评估

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1、航空学报AclaAeronauticaelAstrOnaulicaSjnicaOcl．252016VoI．37No．103011—3022ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于极值理论的平尾结冰飞行风险评估王健名，徐浩军*，薛源，王小龙，李哲空军工程大学航空航天工程学院，西安710038摘要：提出了结合极值理论与Copula模型来量化评估平尾结冰条件下飞行风险概率的方法。通过建立人一机一环复杂系统模型，对平尾在进近与着陆过程中的结冰情形进行仿真，采用蒙特卡罗法提取平尾结冰极值参数，

2、验证了所提取极值参数符合一维广义极值(GEV)分布，根据飞行风险的定义和相关安全性准则，建立了平尾结冰飞行风险发生的判定条件，计算得出一维极值飞行风险概率；在此基础上选取copula模型来描述二维极值参数的相关性，对多种Copula模型的未知参数进行辨识，通过拟合优度检验对精度进行验证，得出JoeCopula模型对二维极值分布的描述最为准确，运用Joecopula模型计算出二维极值飞行风险概率，有效解决了一维极值具有的局限性。所提方法对飞行安全评估等理论有一定参考价值，能为平尾结冰飞行事故的预防提供分析和检验依据。关键词：极值理论；Copula模型；平尾结冰；飞行风险概

3、率；蒙特卡罗法；参数辨识中图分类号：V212文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)10一301112飞机飞行时，常常会产生平尾结冰现象，导致平尾气动特性被破坏，平尾负升力减小，配平能力下降，升降舵操纵效率降低。当平尾结冰发生在进近与着陆过程中时，飞机极易发生平尾失速现象，甚至导致飞行事故发生。目前，平尾结冰已成为世界较为关注的安全隐患问题，评估在平尾结冰条件下的飞行风险概率显得极其重要。国外最早对飞机平尾结冰现象进行研究。包括风洞试验和飞行测试，如1994年NASA和FAA联合研究的平尾结冰项目Tailplane1cingProgram(TIP)，其以D

4、HC一6为试验机型，进行了一系列平尾结冰飞行试验和风洞试验，得到了大量的试验数据一卜2]；通过计算流体力学(CFD)的应用，进行水滴运动和撞击特性计算、冰形预测以及分析平尾结冰后的气动参数变化[3。53；对平尾结冰进行飞行仿真，分析平尾结冰对飞机动力学特性和飞行品质的影响[6‘71；进行相应的结冰控制和防、除冰方法与装置的研究[8。1⋯，如1998年首次提出了飞机智能防冰系统(SmartIcingSystem，SIS)等。与国外相比，国内关于平尾结冰方面的研究起步较晚，主要在以下方面进行了一定的相关性研究：对平尾结冰飞机纵向气动参数进行辨识，定量地分析了平尾结冰对飞机纵

5、向气动参数的影响[1妇；通过研究平尾结冰导致的飞行事故，分析了平尾结冰对平尾气动特性的影响，给出预防平尾失速的方法[123；预测结冰外形、结冰边界保护以及防除冰[13。151等。但综合国内外来看，关于平尾结冰条件下的飞行风险概率评估方面的研究极少。而国军标GJB900一90[16]、SAE—ARP一4761[17]、MIL—HDBK一516B[18]及MIL—STn882D[191等安全性规范考虑收稿日期：2015·12—04；退修日期：2015-12—30；录用日期：2016—01—07；网络出版时间：2016．01．1409：30网络出版地址：www．cn¨net／

6、kcms／detail／11．1929．V．20160114．0930002html基金项目：国家自然科学基金(61374145，61503406)；国家“973”计划(2015cB755802)*通讯作者．Tel：029-84787637E—mail：xuhaojun@xjtu．edu．cn翳用格武II健名．徐浩军，薛源．等．基于极值理论的平尾结冰飞行风睦评估[J]．航空学报。2016。37(10)130¨．3022．wANGJM．xUHJ，xUEY，eta

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11、ory￡JI．ActaAeronauticaetAstronaullcaslnIca．20{6．37(18)：30¨．3022．航空学报飞行过程中的不确定性和随机性因素较少，较难对多因素耦合、非线性较强的飞行条件进行飞行风险量化预测，尤其是在进近与着陆过程中平尾结冰的条件下。因此，迫切需要建立有效的理论与方法来定量评估平尾结冰条件下的飞行风险概率。鉴于此，本文提出了一种基于人一机一环复杂系统建模仿真和极值理论口叩提取相应极值参数，利用Copula模型来量化评估飞行风险概率的方法。此方法对研究平尾结冰引起的飞行安全和适航性问题具有重要意义。