高空风对大型客机航线性能的量化影响.pdf

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1、2017年7月北京航空航天大学学报July2017第43卷第7期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．7http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0542高空风对大型客机航线性能的量化影响黄成涛1’4，王立新2，钟伯文1(1．中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，北京1022112．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：高空风会影响大型客机航线飞行的油耗和飞

2、行时间。本文提出了一种计算高空风对航线性能量化影响的方法，并分析了高空风对航线性能的量化影响。建立了有风条件下飞机的飞行仿真模型，提出了针对飞机航线飞行的驾驶员建模方法，基于“驾驶员．飞机”闭环数字虚拟飞行仿真方法，提出了一种计算高空风条件下飞机航线性能的方法。对算例飞机在典型航线下的油耗、飞行距离、飞行时间进行了计算与分析。结果表明：在飞行距离相同时，顺风可以减少飞机的航线飞行时间并降低油耗，逆风会增加飞机的航线飞行时间并增加油耗；由于高空风的影响，部分航线往返飞行时，油耗和飞行时间相差较大；对于部分远程航线，由于高空风的影响，为满足最大起飞重量限制，飞机需要减小商载以装载更多

3、燃油，确保能够飞抵目的机场。关键词：飞机；飞行动力学；飞行性能；航线性能；飞行仿真；高空风中图分类号：V212．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)07．1348-07大型客机在高空巡航时会遇到较强的高空风，飞机的油耗、飞行时间和航程均受到较大影响。由于大型客机在高空飞行时一般采用空速保持控制模式，遭遇逆风时，飞机的空速相对无风时基本保持不变，但地速会减小，飞机需要消耗更多的燃油和时间才能到达目的地。在执飞部分远程航线时，由于高空风的影响，飞机需要装载更多燃油甚至减小商载才能到达预定目的地。在进行大型客机概念方案航线适应性分析、新开航线运行品质分析、制定飞行计

4、划和装载燃油时，需要考虑高空风的影响。研究高空风对飞机油耗、航程和飞行时间等航线性能的量化影响具有重要的意义。目前，国内外已针对高空风条件下的飞行仿真。1’21、基于数字虚拟飞行的飞机操稳特性分析’3。5。等开展了研究工作，为本文的研究工作奠定了基础。文献[6-7]研究了飞机航线性能部分指标的计算方法；文献[8—11]采用工程估算方法研究了高空风对飞行的影响，但这些方法难以考虑高空风速和风向随空间位置变化、飞机航向变化、因配平高空风侧风分量而引起的阻力增加、飞行过程中的动态响应等因素的影响，因此难以精确计算高空风对飞机航线性能的量化影响。针对上述问题，本文基于“驾驶员．飞机”闭环

5、数字虚拟飞行仿真方法，研究建立了考虑高空风条件后飞机油耗、飞行距离、飞行时间等航线性能参数的计算方法。对算例飞机在高空风条件下的油耗和飞行时间等航线性能参数进行了分析，得出了高空风对大型客机航线性能的量化影响特点。收稿日期：2016-06-22；录用日期：2016-08-25；网络出版时间：2016-10-1009：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161010．0908007．html基金项目：国家“863”计划(2014AAll0501)}通讯作者：E-mail：hctll3a@aliyun．com引用格式：黄戚涛，王

6、立新，钟伯文．高空风对大型客机航线性能的量化影响fJJ．北京航空航天大学学报，2017，43f7)：1348．1354．HUANGCT，WANGLX，ZHONGBW．Quanti疗edeffectsof^培^一altitudewindonrouteperformanceoflargepassengerplaneEJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43f7)：1348．1354finChinese)．第7期黄成涛，等：高空风对大型客机航线性能的量化影响13491高空风模型高空风随地理位置(x

7、。，y。)、海拔高度日和飞行时间t发生变化。通常用风速大小n和风速方向D。2个参量来描述高空风，如式(1)所示。其中，风速方向以真经线正北方向为0。，顺时针为正。fy。=V。(X。，Yg，H，t)ID。=D。(x。，Yg，H，t)通过查询气象数据，可以获取不同地区不同高度的高空风数据，包括高空风速大小和风速方向。如图l所示为某时刻北京一昆明航线FL340(10363．2m)高度层上的风速大小和风速方向。图1中，航段位置表示距离北京首都国际机场的航线距离。由图1可以看出，该航线部分