CN113139234A - 一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，当飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时，采用直线平飞减速法或者直线爬升减速法使飞机空滑表速等于飞机最佳空滑表速；当飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时，采用俯冲加速方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速；并对应得到换算能量高度。本发明基于飞机的最佳空滑比，有效提高飞机空滑迫降有效能量计算精度，而且通过仿真验证后发现，本发明计算得到的飞机空滑迫降飞行能量介于空中停车表速计算飞机空滑迫降飞行能量和最佳空滑迫降表速计算飞行能量之间，符合飞行理论。

Description

一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法
技术领域
本发明属于有人驾驶固定翼飞机试飞数据处理的技术领域，具体涉及一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法。
背景技术
飞机空滑比，是飞机在无动力情况下损失单位高度能够飞行的最大水平距离，无风条件下其值等于飞机的升阻比，与飞行表速是一一映射关系。根据飞机性能特性，飞机存在最大升阻比，即最佳空滑比，对应飞行表速为最佳空滑表速。
飞机在空中一旦失去动力，在具备一定能量的情况下，需进行空滑迫降返场着陆以挽救飞机。但飞机空中停车时的表速是随机的，可能偏离最佳空滑表速。若以飞机空中停车表速进行空滑迫降，飞机偏离最佳空滑飞行状态，水平飞行距离会减小。若以飞机最佳空滑表速进行空滑迫降，会高估飞机飞行水平飞行距离。
目前，进行空滑迫降应急处置，基本上都是按照飞机空中停车表速或最佳空滑表速进行飞机空滑迫降有效能量计算，带来较大的计算误差。本发明基于飞机的最佳空滑比，提出一种飞机无动力情况下飞行能量有效转换方法，旨在提高飞机空滑迫降有效能量计算精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，旨在解决上述问题。
本发明主要通过以下技术方案实现：
一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，当飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时，采用直线平飞减速法或者直线爬升减速法使飞机空滑表速等于飞机最佳空滑表速；对应的的换算能量高度如下：
Figure BDA0003002515510000011
若lps>lpf，则采用直线爬升减速法调整，否则采用直线平飞减速法调整；
其中：
lpf为飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
lps为飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离；
l′ps为飞机以最佳爬升角无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
l″ps为飞机以最佳空滑表速飞行损失高度hps所对应的水平飞行距离；
且lps＝l′ps+l″ps；
k为飞机最佳空滑比；
当飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时，采用俯冲加速方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速；对应的换算能量高度如下：
hhs＝h′xh-hxh
其中：
lxh为飞机以最佳下滑角无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
h′xh飞机以最佳空滑表速飞行水平飞行距离lxh所对应的损失高度；
hxh为飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的下滑高度；
飞机空中停车时所具有的有效剩余能量高度等于飞机空中停车时飞机场高h与飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速的换算能量高度hhs之和。
本发明的有益效果：
本发明有效提高飞机空滑迫降有效能量计算精度，通过仿真验证后发现，本发明计算得到的飞机空滑迫降飞行能量介于空中停车表速计算飞机空滑迫降飞行能量和最佳空滑迫降表速计算飞行能量之间，符合飞行理论。
附图说明
图1为飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时的仿真曲线图；
图2为飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时的仿真曲线图；
图3为实施例2中飞机升阻特性曲线图；
图4为实施例2中飞机空滑特性曲线图。
具体实施方式
实施例1：
一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，当飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时，采用直线平飞减速法或者直线爬升减速法使飞机空滑表速等于飞机最佳空滑表速；对应的的换算能量高度如下：
Figure BDA0003002515510000031
若lps>lpf，则采用直线爬升减速法调整，否则采用直线平飞减速法调整；
其中：
lpf为飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
lps为飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离；
l′ps为飞机以最佳爬升角无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
l″ps为飞机以最佳空滑表速飞行损失高度hps所对应的水平飞行距离；
且lps＝l′ps+l″ps；
k为飞机最佳空滑比；
当飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时，采用俯冲加速方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速；对应的换算能量高度如下：
hhs＝h′xh-hxh
其中：
lxh为飞机以最佳下滑角无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
h′xh飞机以最佳空滑表速飞行水平飞行距离lxh所对应的损失高度；
hxh为飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的下滑高度；
飞机空中停车时所具有的有效剩余能量高度等于飞机空中停车时飞机场高h与飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速的换算能量高度hhs之和。
本发明有效提高飞机空滑迫降有效能量计算精度，如图1、图2所示，本发明计算得到的飞机空滑迫降飞行能量介于空中停车表速计算飞机空滑迫降飞行能量和最佳空滑迫降表速计算飞行能量之间符合飞行理论。
实施例2：
一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，包括以下步骤：
1)飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速的情形存在两种可能性，一种是飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速，一种是飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速。
2)对于第一种情形，即飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速，采用两种减速飞行方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速，一种是直线平飞减速法，一种是直线爬升减速法。
3)根据飞机无动力直线平飞减速飞行的动力学方程及飞机气动特性，得到飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lpf。
4)根据飞机无动力直线爬升减速飞行的动力学方程及飞机气动特性，得到飞机以最佳爬升角无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离l′ps。
5)根据飞机无动力直线爬升减速飞行水平飞行距离与飞机爬升高度、爬升角之间的几何关系，得到飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的爬升高度hps。
6)根据飞机空滑特性，结合5)中得到的飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的爬升高度hps，得到飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的爬升高度对应的换算水平飞行距离l″ps，即飞机以最佳空滑表速飞行损失高度hps所对应的水平飞行距离。
7)飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离lps等于飞机以最佳爬升角无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离l′ps与飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的爬升高度对应的换算水平飞行距离l″ps之和，即飞机从空中停车时飞机场高h开始无动力直线爬升至飞机场高h+hps后再空滑至飞机场高h所对应的水平飞行距离，飞机以4)中所述最佳爬升角无动力直线减速飞行可获得最大有效水平飞行距离lps。
8)若飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lpf大于或等于飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离lps，则第一种情形即飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速的换算能量高度hhs等于飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lpf与飞机最佳空滑比k之比。
9)若飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lpf小于飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离lps，则第一种情形即飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速的换算能量高度hhs等于飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离lps与飞机最佳空滑比k之比。
10)对于8)和9)可用下列数学表达式统一清晰表示，即第一种情形，飞机空中停车时表速大于飞机最佳空滑表速的换算能量高度：
Figure BDA0003002515510000041
11)对于第二种情形，即飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速，采用俯冲加速方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速。
12)根据飞机无动力直线下滑加速飞行的动力学方程及飞机气动特性，得到飞机以最佳下滑角无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lxh，飞机以该最佳下滑角无动力直线下滑加速飞行可获得最大水平飞行距离lxh。
13)根据飞机无动力直线下滑加速飞行水平飞行距离与飞机下滑高度、下滑角之间的几何关系，得到飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的下滑高度hxh。
14)根据飞机空滑特性，结合12)中得到的飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lxh，得到飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lxh的换算高度h′xh，即飞机以最佳空滑表速飞行水平飞行距离lxh所对应的损失高度。
15)结合13)和14)得到第二种情形即飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时所对应的换算能量高度hhs等于飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离lxh的换算高度h′xh与飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的下滑高度hxh之差，即hhs＝h′xh-hxh。
16)据此可得到飞机空中停车时所具有的有效剩余能量高度等于飞机空中停车时飞机场高h与飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速的换算能量高度hhs之和。
如图3、图4所示，分别为某型飞机升租曲线及不同迎角下的下滑表速和空滑比，飞机质量为8400kg，参考机翼面积为24.4m2，飞机空中停车时飞机场高为8km。如图1所示，为本发明技术方案第一种偏离情况即飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时，某型飞机分别以最佳空滑表速、空中停车表速和本发明描述方法执行空滑迫降水平飞行距离仿真计算结果。如图2所示，为本发明技术方案第二种偏离情况即飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时，某型飞机分别以最佳空滑表速、空中停车表速和本发明描述方法执行空滑迫降水平飞行距离仿真计算结果。
从飞行理论可知，当飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速时，若以飞机最佳空滑表速进行空滑迫降会高估飞机空滑水平飞行距离，若以飞机空中停车表速进行空滑迫降会低估飞机空滑水平飞行距离。从图1和图2仿真计算结果可知，本发明计算得到的飞机空滑水平飞行距离介于以飞机空中停车表速进行空滑迫降所计算飞机空滑水平飞行距离和以飞机最佳空滑表速进行空滑迫降所计算飞机空滑水平飞行距离之间，符合飞行理论。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种相对最佳空滑比的飞行能量有效转换方法，其特征在于，当飞机空中停车表速大于飞机最佳空滑表速时，采用直线平飞减速法或者直线爬升减速法使飞机空滑表速等于飞机最佳空滑表速；对应的的换算能量高度如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
若l ps >l pf ，则采用直线爬升减速法调整，否则采用直线平飞减速法调整；
其中：
l pf 为飞机无动力直线平飞减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
l ps 为飞机无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的有效水平飞行距离；
l′ ps 为飞机以最佳爬升角无动力直线爬升减速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
l′′ ps 为飞机以最佳空滑表速飞行损失高度h ps 所对应的水平飞行距离；
且l ps =l′ ps +l′′ ps ；
k为飞机最佳空滑比；
当飞机空中停车表速小于飞机最佳空滑表速时，采用俯冲加速方法使飞机空滑表速等于最佳空滑表速；对应的换算能量高度如下：
h hs =h′ xh -h xh
其中：
l xh 为飞机以最佳下滑角无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的水平飞行距离；
h′ xh 飞机以最佳空滑表速飞行水平飞行距离l xh 所对应的损失高度；
h xh 为飞机无动力直线下滑加速至最佳空滑表速时的下滑高度；
飞机空中停车时所具有的有效剩余能量高度等于飞机空中停车时飞机场高h与飞机空中停车表速偏离飞机最佳空滑表速的换算能量高度h hs 之和。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101256412A (zh) * 2008-03-31 2008-09-03 北京航空航天大学 一种无人机发动机意外停车下的自动归航控制方法
CN107643763A (zh) * 2017-09-20 2018-01-30 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种飞机无动力返场能量轨迹综合控制方法
CN108931990A (zh) * 2018-07-19 2018-12-04 四川腾盾科技有限公司 一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法
CN111792054A (zh) * 2020-06-15 2020-10-20 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于飞机空滑迫降能力的安全试飞方法
CN112051860A (zh) * 2020-09-07 2020-12-08 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 一种空滑迫降动态空滑比稳定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101256412A (zh) * 2008-03-31 2008-09-03 北京航空航天大学 一种无人机发动机意外停车下的自动归航控制方法
CN107643763A (zh) * 2017-09-20 2018-01-30 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种飞机无动力返场能量轨迹综合控制方法
CN108931990A (zh) * 2018-07-19 2018-12-04 四川腾盾科技有限公司 一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法
CN111792054A (zh) * 2020-06-15 2020-10-20 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于飞机空滑迫降能力的安全试飞方法
CN112051860A (zh) * 2020-09-07 2020-12-08 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 一种空滑迫降动态空滑比稳定方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNYAO HAN 等: ""Method of trajectory prediction for unpowered gliding hypersonic vehicle in gliding phase"", 《 2016 IEEE ADVANCED INFORMATION MANAGEMENT, COMMUNICATES, ELECTRONIC AND AUTOMATION CONTROL CONFERENCE》 *
尹文强: ""高空长航时无人机实用升限试飞"", 《航空科学技术》 *
段义乾 等: ""空滑迫降模拟试飞方法研究"", 《教练机》 *
苏翼: ""发动机双发失效空滑策略研究"", 《民用飞机设计与研究》 *
韩锐 等: ""无人机空滑迫降能力及影响因素研究"", 《飞行力学》 *

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