基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域

《基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Feb。252017VoI38No2SSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．educnhkxb@buaaeduca基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域郑无计，李颖晖“，屈亮，徐浩军，袁国强空军工程大学航空航天工程学院，西安710038摘要：结冰导致飞机飞行包线缩小、对飞行安全产生严重威胁，研究结冰后飞机非线性稳定域对边界保护系统的设计和飞行安全的提高极其重要。以某型运输机为研究对象，考虑飞机非线性气动特性建立飞机纵向非线性模型并进行增稳控制补偿设计；然后

2、通过流形和正规形理论刻画结冰飞机纵向非线性稳定边界并得到稳定边界的解析表达式，通过仿真的手段验证了正规形理论确定的稳定边界和解析表达式的有效性和准确性。最后，分析了飞机着陆过程中，结冰因子对结冰飞机稳定域的影响以及结冰飞机发生事故的机理。研究结果表明，轻度结冰使飞机非线性稳定域缩小；重度结冰导致飞机稳定性发生改变；在未察觉飞机结冰的情况下，飞行员的常规操纵会使飞行状态超出结冰飞机的非线性稳定域、导致飞行事故。研究结果可为飞机结冰后的边界保护提供一定的参考。关键词：飞机结冰；稳定域；非线性；正规形理

3、论；运输机中图分类号：V328文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)0252071411飞机结冰是飞机在结冰条件下飞行时，大气中的液态水在部件表面结冰并累积成冰的一种物理过程，在飞行实践中广泛存在[1]。飞机结冰破坏了飞机气动特性，使升力降低、阻力增加，且使飞机失速迎角大幅度降低，恶化了飞机的飞行性能，对飞行安全产生严重威胁。据美国联邦航空管理局(FAA)和美国国家航空航天局(NASA)统计，在19761994年问，发生的飞行事故中有近16起与飞机结冰有关，并导致139人死亡[2]

4、。美国SafetyAdvisorL31对19902000年的飞行事故进行了详细的统计，结果表明由气象因素引起的飞行事故中仅结冰就占12％。1994年，美国鹰航公司的一架ATR72—212飞机在印第安纳Roselawn地区由于机翼结冰而坠毁；随后2002年在中国台湾坠毁的一架货机以及2006年在安徽失事的一架中国军用运输机都是由于飞机结冰引起的。国外对结冰现象的研究开始于20世纪30年代。NASA在2000年关于结冰对现代飞机影响Ho的报告中系统地研究了二维翼型在不同结冰情况的气动特性。Miller

5、和Ribeens[51通过对飞行数据进行气动辨识的方法得到了结冰飞机的气动特性，并初步研究了结冰飞机的运动特性。Bragg等[6]研究了结冰飞机飞行动力学特性。国内以研究飞机结冰及防除冰机理[71作为重点内容，近年来，相关单位开始对结冰飞机的动力学特性进行研究[8。9j。对于结冰飞机已经开展的主要工作有结冰预警、防除冰以及结冰后边界保护等，而对于结冰飞机而言为确保飞行安全，飞机结冰后进行边界保护措施是必要的，而结冰条件下飞机的飞行安全边界会缩小[1⋯，根据实际结冰情况确定边界范围收稿日期：2016

6、—08—25；退修日期：2016—09—20；录用日期：2016-10—25；网络出版时间：2016-11—0316：33网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201611031633004html基金项目：国家自然科学基金(61374145)；国家“973”计划(201508755805)*通讯作者E-mail：liyinghui66@163com引用格武：郑无计，李颖晖．屈亮，等．基f正规彤法的结冰飞机着眭阶段非线性稳定域i如．航空学报．2017，38(2)

7、：520714．ZHENGw√．LIYH，QUL，etalNonlinearstabilityregionoficingaircraftduringlandingphasebasedonnormalformmethodEJJActaAeronaut，caetAstronaut／caSin／ca．2017．38(2)：520714520714．1航空学报是进行边界保护的重要前提，该边界范围即结冰飞机的非线性稳定域，它表示飞机动态稳定性能，反映了某一飞行状态下的抗扰动性，因此开展结冰飞机稳定域的研究具

8、有重要意义。目前国内外对于结冰飞机动力学特性的研究主要集中在结冰因子[6’1妇对飞机静稳定性的影响，而对于结冰飞机非线性稳定域的研究较少，高浩和周志强u⋯，何植岱和郭文[1胡等利用分支突变理论研究了平衡点变化对飞机运动的影响，但研究内容未涉及到飞机的稳定域问题。RobertE“1和詹浩口51等利用优化控制和不变集理论研究得到了一定时间内的飞行最大可控边界集，但该种方法使用的初始状态空间为一三维长柱形，难以对飞机飞行范围进行精确地描述。为得到结冰对飞行特性的影响以及飞机失速的机理，本