一種辨識飛機升降舵效率的方法技術

本發明專利技術涉及航空制造領域，涉及航空制造領域的測試領域，具體為一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于包括：a.地面滑行試驗方法、b.氣動參數測定方法和c.誤差分析與數據辨識方法，所述地面滑行試驗方法包括：a1無動力滑行試驗和a2氣動參數測定滑行試驗，所述氣動參數測定方法包括:b1升力系數測試、b2俯仰力矩系數測試和b3升降舵效率測試，所述誤差分析與數據辨識方法包括：c1測量誤差和c2計算誤差，該方法可獲得飛機升降舵效率，且簡單、數據準確、安全可靠、費用低廉，同時通過測試誤差分析方法對結果數據進行分析，解決了無人機首飛前關鍵氣動參數的驗證問題，為無人機首飛安全提供保證。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及航空制造領域，涉及航空制造領域的測試領域，具體為一種辨識飛機升降舵效率的方法。
技術介紹
目前，公知的升降舵效率辨識方法是通過進行風洞試驗、飛行試驗，對試驗數據進行一定修正獲得。風洞試驗是由模型的氣動特性間接獲得真實飛機的氣動特性，包括升降舵效率，這之間要通過相似性、干擾修正等環節，因此要獲得真實飛機的氣動參數還比較困難，雖然現在對風洞試驗數據的洞壁干擾修正和雷諾數修正等方面已有較成熟的方法，但其修正結果的準確性仍然需要進一步提高。飛行試驗可以直接獲取真實飛機在真實大氣環境中的氣動特性，包括升降舵效率，是獲取真實飛機準確氣動參數的重要途徑，也是風洞試驗與飛行相關性研究的基礎，但空中飛行試驗費用高昂且風險較大。
技術實現思路
為了克服現有升降舵效率辨識方法結果精度低、費用高昂和風險較大的不足，本專利技術提供一種辨識飛機升降舵效率的方法，該方法通過地面滑行試驗獲得飛機的氣動參數，利用升降舵效率測定方法獲得飛機的升降舵效率，通過誤差分析與數據辨識方法，分析測量誤差與計算誤差產生機理，可得到合理的滑行試驗策略，保證滑行的安全和數據的可靠。一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于包括：一、地面滑行試驗方法a.無動力滑行試驗無動力滑行試驗由牽引車牽引進行，通過無動力滑行試驗來檢查飛機飛控的部分控制能力(如糾偏)，起落架、剎車系統的工作情況和全機各系統的工作匹配情況。b.氣動參數測定滑行試驗氣動參數測定滑行試驗則是根據制定的具體滑行試驗方案從而測得飛機的各項氣動參數。氣動參數測定滑行試驗要求滑行速度盡量大，因為速度越大氣動效率越大，風等環境影響的比重越小，測試結果越準確。因此，在地面滑行試驗方案是：首先對飛機氣動特性(如抬前輪速度)進行分析，然后滑行試驗中由低速到高速逐步接近地面滑行的最大速度。在地面滑行試驗中，為了試驗安全，一般要避免飛機在滑行過程中前輪抬起，因此，地面滑行試驗的滑行終止速度要應盡量接近飛機實際抬前輪速度，同時又要留有足夠的余量，這就要求獲得準確的飛機加、減速特性。為了測試飛機升降舵效率，需要偏轉舵面和改變飛機重心。對于偏轉舵面的滑行試驗，要求選擇合適的舵面偏度，既保證舵面的氣動效率足夠大，以便測量，也要保證在滑行過程中飛機不至于抬起前輪，引起危險。舵面效率測定滑行試驗方案如下(具體數據根據飛機不同而調整)：飛機重心位置20.21％bA，分別以升降舵偏度+5°、0°、-2°、-5°，發動機轉速95％加速到150km/h，測試升降舵效率；飛機重心位置30.39％bA，分別以升降舵偏度+5°、0°、-2°、-5°，發動機轉速95％加速到150km/h，測試升降舵效率。對不同重心位置情況分別測定升降舵效率，通過分析重心位置對測試結果的影響，給出測試結果修正量，從而進一步提高升降舵效率測試結果的準確性。二、氣動參數測定方法對飛機地面滑行過程的受力圖如圖2：其中，Fn，Fm分別為前、主起落架支反力，fn、fm分別為前、主起落架摩擦阻力，G為飛機重力，X為飛機氣動阻力，Y為飛機氣動升力，T為飛機發動機推力。飛機在地面滑行時，縱向為加速運動，法向則為隨起落架支柱伸縮的振動運動，對于大型飛機，此運動的幅值和頻率都不大，因此整個過程飛機法向可以看作平衡狀態。另外，由于飛機在滑行過程中姿態變化很小，因此，俯仰運動方向也可看作平衡狀態。綜上，根據飛機受力情況可知，若已知飛機滑行過程中起落架的載荷和對飛機的力矩，便可以根據平衡方程求出飛機的氣動升力和俯仰力矩，從而獲得飛機的升降舵效率。1.升力系數測試飛機在地面滑跑過程中，根據法向力的平衡關系，有其中，Y為升力，Nlg為前、主起落架支反力之和，T為發動機推力，G飛機重力。因此對于滑行中兩個不同的狀態1和2，分別有：狀態1：狀態2：若狀態1的升力為零，則狀態2的升力可由下式計算得到：在一個架次的滑行過程中，重量的變化主要是油料的消耗。在飛機從滑出到剎車，時間很短，燃油消耗量很小，因此飛機重量的變化較小，而若發動機保持在一定的轉速，則推力變化很小，且在飛機開始抬頭前，迎角的變化也是小量，因此可以忽略重量和發動機推力法向分量的增量，升力計算則為：Y＝-(Nlg2-Nlg1)試驗測試參數：飛機俯仰角，前起落架行程，主起落架行程。取狀態1為飛機剛滑出的某一狀態，飛機速度小，升力近似為零。利用起落架行程載荷曲線，通過對試驗中測定的前、主起落架行程插值，計算得到升力以及升力系數。圖3為根據某次滑行試驗計算得到的升力系數與相同狀態下風洞試驗結果比較。2.俯仰力矩系數測試滑行過程中，由于摩擦力難以估算，因此對主起落架取矩，以避免摩擦力的力矩的計算。對主起的力矩包括：氣動力矩，前起支反力力矩，重力力矩，發動機推力力矩，縱向慣性力力矩。根據力矩平衡：Mz+Mnlg+MG+Mnx+MT＝0其中，Mz為氣動俯仰力矩，Mnlg為前起落架支反力力矩，MG為重力力矩，Mnx為縱向慣性力矩，MT為發動機推力力矩。因此對于滑行中兩個不同的狀態1和2，分別有：狀態1：Mz1+Mnlg1+MG1+Mnx1+MT1＝0狀態2：Mz2+Mnlg2+MG2+Mnx2+MT2＝0若狀態1氣動力矩為零，則狀態2氣動力矩表示為：Mz2＝-[(Mnlg2-Mnlg1)+(MG2-MG1)+(Mnx2-Mnx1)+(MT2-MT1)]根據上述公式獲得的力矩還需變換到參考重心位置，才能與風洞實驗數據作比較。變換公式為：M'z＝Mz-Y[lcos(α)+hsin(α)]-X[lsin(α)-hcos(α)]其中升力根據上一節的方法求得，l為參考重心到主起的水平距離，h為參考重心到主起的垂直距離。由于阻力難以準確求得，且阻力與升力相比小得多，因此采用風洞實驗結果。計算結果及與風洞試驗數據比較見圖4。1.升降舵效率測試俯仰力矩系數表示為：mz=mz0+mzcy·Cy+mzδz·δz]]>對于相同重心位置、不同升降舵偏度的兩個狀態，分別有：狀態1：mz1=mz0+mzcy·Cy1+mzδz·δz1]]>狀態2：mz2=mz0+mzcy·Cy2+mzδz·δz2]]>兩個狀態的俯仰力矩差量：Δmz=mzcy·(Cy2-Cy1)+mzδz·(δz2-δz1)]]>若選取的兩個狀態俯仰角相差不大，則升力系數相差不大，可忽略掉上式右邊第一項，則舵面效率為：mzδz=Δmz/Δδz]]>不同試驗速度下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于包括：a.地面滑行試驗方法、b.氣動參數測定方法和c.誤差分析與數據辨識方法，所述地面滑行試驗方法包括：a1無動力滑行試驗和a2氣動參數測定滑行試驗，所述氣動參數測定方法包括:b1升力系數測試、b2俯仰力矩系數測試和b3升降舵效率測試，所述誤差分析與數據辨識方法包括：c1測量誤差和c2計算誤差。

【技術特征摘要】
1.一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于包括：a.地面滑行試驗方法、b.氣動參數測定方法和c.誤差分析與數據辨識方法，所述地面滑行試驗方法包括：a1無動力滑行試驗和a2氣動參數測定滑行試驗，所述氣動參數測定方法包括:b1升力系數測試、b2俯仰力矩系數測試和b3升降舵效率測試，所述誤差分析與數據辨識方法包括：c1測量誤差和c2計算誤差。
2.根據權利要求1所述的一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于：所述a.地面滑行試驗方法
a1.無動力滑行試驗
無動力滑行試驗由牽引車牽引進行，通過無動力滑行試驗來檢查飛機飛控的部分控制能力(如糾偏)，起落架、剎車系統的工作情況和全機各系統的工作匹配情況；
a2.氣動參數測定滑行試驗
氣動參數測定滑行試驗則是根據制定的具體滑行試驗方案從而測得飛機的各項氣動參數；
舵面效率測定滑行試驗方案如下：
調整飛機重心位置為20.21％bA，分別以升降舵偏度+5°、0°、-2°、-5°，將發動機轉速95％加速到150km/h，測試升降舵效率；
調整飛機重心位置為30.39％bA，分別以升降舵偏度+5°、0°、-2°、-5°，將發動機轉速95％加速到150km/h，測試升降舵效率。
3.根據權利要求1所述的一種辨識飛機升降舵效率的方法，其特征在于：所述b氣動參數測定方法包括：
對飛機地面滑行過程的受力分析：
其中，Fn，Fm分別為前、主起落架支反力，fn、fm分別為前、主起落架摩擦阻力，G為飛機重力，X為飛機氣動阻力，Y為飛機氣動升力，T為飛機發動機推力；
b1.升力系數測試
飛機在地面滑跑過程中，根據法向力的平衡關系，有
其中，Y為升力，Nlg為前、主起落架支反力之和，T為發動機推力，G飛機重力；
因此對于滑行中兩個不同的狀態1和2，分別有：
狀態1：狀態2：若狀態1的升力為零，則狀態2的升力可由下式計算得到：
在一個架次的滑行過程中，重量的變化主要是油料的消耗，在飛機從滑出到剎車，時間很短，燃油消耗量很小，因此飛機重量的變化較小，而若發動機保持在一定的轉速，則推力變化很小，且在飛機開始抬頭前，迎角的變化也是小量，因此可以忽略重量和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李銳，李濤，呂凌英，
申請(專利權)人：成都飛機工業集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：四川;51