CN101267987B - 用于在航空器上执行至少一个飞行试验的方法和装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本创造性装置(1)包括：至少一个换向装置(2A、2B、2n)、用于将转向指令施加到该换向装置的控制单元(4)、用于测量显示了响应于所述换向装置转向指令的飞机运动的位置变换的回复特性的机构(6)、用于记录至少一个所施加的转向指令及相应的回复特性的机构(7)，用于引起以这样一种方式维持回复特性的伺服一控制机构(13)，该方式中控制单元(4)装设有机构(10)和机构(11)；机构(10)用于接收复位指令，这使得有可能获得可识别至少一种空气动力学效应的回复特性，且机构(11)产生由复位指令引起的换向装置转向指令。

Description

用于在航空器上执行至少一个飞行试验的方法和装置及其应用

技术领域

本发明涉及用于在航空器上执行至少一个飞行试验的方法和装置，用于执行多个试验的协议的方法，以及使用这种方法用于识别航空器上的空气动力学现象的程序。

本发明的应用的领域涉及对航空器飞行力学的识别，也就是说航空器实际运动与其模型的对比，并且如果适当的话，调整所用模型的参数以便达到此模型的最优保真度。

背景技术

因此，实施了这样的试验协议：其通常指出了为特定目的执行飞行试验的方法。为此目的，通常定义了一系列换向装置转向的预定程序。在飞行力学的情况下，该协议通常包括在航空器上单独地开环执行的飞行试验，也就是说，在这些试验过程中没有接合航空器姿态控制系统。在航空器在性质上不稳定的特殊情况中，简单设置了受最小化稳定器限制的控制系统。所述协议以试验活动的方式执行。在这些试验的过程中，预定的控制程序被施加于航空器。所应用的控制、以及所引起的输出，在航空器上被测出并记录。它们被凭经验处理。在飞行试验过程中，航空器上所测得的实际控制在仿真模型上被核实一遍。在航空器上测得的实际输出此后与来自仿真模型的输出相比较。随后可以执行对某些效应的调整。(对飞行力学的)识别的质量(精确度，等等)取决于前述各步骤中每个步骤的质量(精确度，等等)。应该注意到，本发明基本上涉及改进第一步骤，即试验协议。

如前所示，通常试验协议的基础特征在于这样的事实：它是由完全开环执行的飞行试验组成的，航空器的姿态控制系统被停用。在每次试验期间的输入指令被以自动方式、独立于航空器的运动而直接地发送到换向装置。这些换向装置指令全都被限定成选通脉冲形式(ingated form)且使得发动航空器。

应该注意到，试验协议指明了试验期间将在飞行中被作用的换向装置、这些换向装置将受到的转向水平，转向的持续时间、以及将执行试验的飞行点。

然而，通过一个这样的通常试验协议，且尽管每个试验所应用的控制均不同，但所有输出曲线都示出了类似的动态。一种更深的分析使得示出：航空器的反应遵循主模态，该主模态妨碍了可将其它现象与航空器的飞行力学区别开。此主模态发生于所有输出上。因而，所有的空气动力学效应是相关的。所述主模态妨碍了所有效应的可观测性。更精确地，此主模态对应于若干空气动力学效应的组合，并妨碍了能精确地将不同效应分离和能单独地使它们特征化。因此，在这样一个通常的试验协议期间，在航空器的输入上的作用不足以用于识别该航空器的所有空气动力学现象。

发明内容

本发明的目标是产生对各种飞行力学现象的可观察性的总体改进，从而获得前述记录的较好质量和/或使用来识别飞行力学模型的飞行中测试的持续时间减少。

应该注意到，增加某些效应的可观察性已经变得是必须的，从而改进用于识别空气动力学现象的通常方法。此外，减少试验活动的周期使得有可能限制所引起的费用。可以在实验协议水平，通过减少飞行测试的持续时间，而处理后一目标。因而，本发明尤其是试图根据包括了减少数目的试验的方案，更精确地识别飞行力学现象。

因此，本发明首先涉及一种用于在航空器尤其是运输飞机上实施至少一个飞行测试的方法。

根据本发明，包括了下述步骤：

a)产生了待施加到航空器的至少一个换向装置的至少一个转向指令；

b)在所述航空器飞行期间，将所述转向指令施加到所述换向装置，该换向装置能够转向从而作用于该航空器的至少一个驾驶轴且该换向装置包含至少一个致动器用于根据至少一个转向指令转向所述换向装置，所述转向指令随时间示出转向变化；

c)测量了至少一条输出曲线，示出了：在飞行期间响应于将所述转向指令施加到该换向装置而根据该航空器的运动时间进行的变化；和

d)记录施加到该换向装置的转向指令，及所测量得到的相应的输出曲线的方法的特征在于：

-在步骤a)中：

·接收至少一个输出赋值，其允许获得至少一条输出曲线，其可识别该航空器的至少一个空气动力学效应；和

·产生至少一个换向装置转向指令，其由所接收的所述输出赋值而引起；和

-在由所述输出赋值引起所述转向指令的施加期间，控制飞行中的该航空器，使得在所述航空器上获得并保持所述识别输出曲线。

因而，借助于本发明，修改(该试验的)输入以便获取至少一个换向装置转向指令，该指令能够，在从飞行试验输出收集的至少一个时间上的响应中，使至少一个特殊的空气动力学效应相对于其他的空气动力学效应被隔离。这是通过考虑图示了输出曲线的输出赋值而获得的，该输出赋值使得有可能导致至少一个空气动力学效应更加可识别，也就是说使得有可能单独地隔离所述空气动力学效应从而能由此推导出它的特征。因而，该输出不再根据如上所述的主模态而变化，而是根据受控的变化而变化。

在一个优选实施例中，在步骤a)中，也接收了至少一个换向装置转向指令，其将被施加到所述换向装置。

因而，在试验期间，考虑了直接控制换向装置的至少一个通常转向指令，和控制输出的、由输出赋值引起的至少一个转向指令。

有利地，为产生代表输出赋值的转向指令，并为了实施控制，使用了如下所指明的、形成在所谓的模态控制理论基础上的机构。

此外，有利的，为了实施试验，给航空器的多个不同的换向装置实施了所述步骤a)到d)及所述控制。

本发明还涉及到一种装置，用于在航空器尤其是飞机上实施至少一个试验。

根据本发明，所述装置包括：

一航空器的至少一个换向装置，其能够偏斜从而在飞行期间作用于该航空器的至少一个驾驶轴上、并包括用于根据所接收的至少一个转向指令偏斜所述换向装置的至少一个致动器，其示出了在时间上该偏斜变化；

-控制单元，用于将至少一个待施加到所述换向装置的转向指令传输到所述致动器；

-一些这样的机构：用于根据在飞行中转向指令在换向装置上的施加，测量示出在航空器运动时间上的变化的至少一个输出曲线；和

-一些这样的机构：用于记录施加到换向装置的至少一个转向指令、以及所测得的相应输出曲线，其特征在于：

-所述控制单元包括：

·至少一个第一机构，能够接收至少一个输出赋值，使得有可能获得识别航空器的至少一个空气动力学效应的至少一条输出曲线；和

·至少一个第二机构，用于产生至少一个换向装置转向指令，该指令是由所述第一机构传输的第一输出赋值所引起的；和

-所述装置还包括至少一个随动机构，用于随动航空器，从而在所述第二机构产生的相应转向指令被施加到换向装置时，在所述航空器上获取并保持所述识别输出曲线。

因而，借助于所述随动机构，根据本发明的装置使得有可能执行闭环试验。

在一个优选实施例中，所述控制单元还包括用于接收被传输到换向装置的致动器的至少一个换向装置转向指令的第三机构。

此外，有利地，所述换向装置对应于航空器的下列元件之一：

-襟翼

-副翼

-水平尾翼

-升降舵；和

-方向舵

本发明还涉及一种用于实施在航空器上的n个试验的协议的方法。

根据本发明，此方法特征在于：

-在预备步骤(试验飞行之前)中，确定必须被直接施加到航空器的m个换向装置转向指令、和p个输出赋值，在飞行器的时间上的响应中使得有可能隔离航空器的至少一个空气动力学效应，该在时间上的响应通过至少一个输出曲线图示出，m和p是这样的整数即m+p＝n；

-在至少航空器的后续的(试验)飞行过程中，通过分别施加所述的m个转向指令及所述的p个输出赋值，实施n个试验，所述p个输出赋值也以代表性的转向指令的形式被施加；所述n个试验通过实施本发明上述方法、或通过使用本发明上述装置，至少部分被实施；和

-对于所述n个试验中的每个而言，记录所施加的转向指令，测量并记录q个相应的输出曲线，q是整数。

此外，本发明还涉及到一种借助于飞行仿真器识别航空器上的空气动力学现象的方法，这样方法包括：

A/实施一种n个飞行试验的协议，n是整数，使得有可能获得多个代表实际施加到航空器的转向指令的n个实际输出曲线，及多个相关的实际输出曲线。

B/所述的n个实际输入曲线被施加到所述飞行仿真器；

C/在所述飞行仿真器上测量响应于所述n个实际输入曲线的施加获得的相应的输出曲线被测得；

D/所述实际输出曲线和所述飞行仿真器所给出的相应的输出曲线被两两比较；和

E/在此比较的基础上，改进所述飞行仿真器使用的仿真模型。

根据本发明，此识别方法特征在于：在步骤A/，实施了根据本发明的上述方法，其用于在航空器上实施n个飞行试验的协议。

附图说明

附图的单个图将说明本发明可以被执行的方式。此单个图是本发明的装置的示意图。

根据本发明并在图中示意性绘出的装置1用于在航空器(未示出)尤其是运输飞机上实施至少一个飞行试验。

具体实施方式

因此，所述装置1包括：

-航空器的至少一个常用换向装置2A、2B、...2n，其能够在飞行中偏斜从而作用于航空器的至少一个驾驶(偏航、翻滚、俯仰)轴。此换向装置2A、2B、...2n包含至少一个常用致动器3A、3B、...3n，用于将所述换向装置2A、2B、...2n根据所接收的至少一个转向指令转向。在本发明的框架内，通过一个表示在时间上偏斜幅度的变化的曲线，定义了转向指令；

-控制单元4，其通过至少一个连接件5A、5B、...5n(形成总连接件5的部分)连接到所述致动器3A、3B、...3n、且其被形成用于将待施加到所述换向装置2A、2B、...2n的至少一个转向指令传输到所述致动器3A、3B、...3n；

-常用机构6，用于测量至少一条输出曲线。在本发明的框架内，一条输出曲线示出响应于在飞行中将转向指令施加到换向装置2A、2B、...2n根据航空器的运动(侧滑、偏航、翻滚、倾斜、航向、负载因素，等等)时间的变化；和

-一些机构7，其通过连接件8和9分别连接到控制单元4和机构6，其用于在常用记录媒介(没有明确表示)上记录至少：

·实际施加到换向装置2A、2B、...2n(通过控制单元4和致动器3A、3B、...3n)的转向指令；和

·由机构6测量的相应的输出曲线。

-所述控制单元4包括：

·至少一个机构10，其能够接收至少一个输出赋值，使得有可能获得识别航空器的至少一个空气动力学效应(侧滑、偏航、翻滚、倾斜、航向、负载因素，等等)的至少一个输出曲线。此机构10可以例如是输入机构，诸如键盘，例如其允许操作员尤其是试飞员发动所述控制单元4中的所述输出赋值的预先记录的程序；和

·至少一个机构11，其通过连接件12连接到所述机构10，其实施为预先控制p的形式，且形成为产生代表从所述机构10接收的输出赋值的至少一个换向装置转向指令。所述换向装置转向指令用于被传输到致动器3A、3B、...3n；和

-所述装置1还包括通过连接件14连接到所述控制单元4的至少一个随动机构13，其包括校正器K，且被形成为随动航空器，从而在对应于由机构11产生的识别输出曲线的转向指令被施加到换向装置2A、2B、...2n时，在所述航空器上获得并保持所述识别输出曲线。所述随动机构13可以被至少部分地集成到所述控制单元4内。

在一个特殊实施例中，随动机构和测量机构6的传感器可以是一样的。

因而，借助于本发明，修改(试验的)输入，从而获得至少一个换向装置转向指令，该指令在从飞行试验的输出收集的时间上的响应中能使至少一个特殊的空气动力学效应与其他的空气动力学效应隔离。这是通过考虑图示输出曲线的输出赋值而获得的，该输出曲线使得有可能导致至少一个空气动力学效应更加可识别。因而，该输出不再根据如上所述的主模态变化，而是根据受控的变化而变化。

在本发明的框架内，一条输出曲线可作为识别码，只要在代表所述输出曲线的转向指令施加到航空器时，借助于机构7所测量和记录的值，该识别码允许识别(也就是说，定义或特征化)航空器的特殊空气动力学效应。另外，如果根据来自试验协议的一个或多个试验的若干参考时间标图通过简单地改变在模型中与一种空气动力学效应相关联的系数可在这组参考时间标图上调节所有仿真曲线，则认为可以完全地识别该效应。这个可识别性特性可以被推广到若干空气动力学效应。

所述控制单元4还包括机构15，用于接收至少一个直接换向装置转向指令，该指令随后传输到换向装置2A、2B、...2n的致动器3A、3B、...3n、而不被修改。因而，所述机构15可以是类似于或等同于所述机构10的输入机构。

在一个特殊实施例中，所述校正器K(其使得有可能执行闭环试验)及所述预先控制P根据模态控制的常用原理形成。此理论说明了控制法则的同步技术。使得有可能在数字上确定校正器K和预先控制P的数学计算依赖于航空器的自然动态的修正，此时飞行器被校正器K所随动并被预先控制P所驾驶。校正器K及预先控制P形成控制器。

根据本发明的装置1可以被形成用于在试验时控制单个换向装置或同时控制多个换向装置。通过图示，将要控制的换向装置2A、2B、...2n可以对应于航空器的下列元件之一：

-襟翼

-副翼

-水平尾翼

-升降舵；和

-方向舵

优选地，根据本发明的装置1用于在航空器上实施n个试验的协议，而不是单个试验。

为了执行这样的n个试验的协议，根据本发明，实施了下列步骤：

-在预备步骤中，确定必须被直接施加到航空器的m个换向装置转向指令，和p个输出赋值，其允许在飞行器的时间上的响应中隔离航空器的至少一个空气动力学效应，该时间上的响应通过至少一个输出曲线图示出，整数m和p是这样的即m+p＝n；

-在至少航空器的后续的飞行过程中，借助于根据本发明的装置1，通过分别施加所述的m个转向指令(由机构15所接收)及所述的p个输出赋值(由机构10所接收)实施n个试验，所述p个输出赋值以由机构11所确定的代表性的转向指令的形式被施加；和

-对于所述试验协议的n个飞行试验中的每个而言：

·所施加的转向指令借助于所述装置1的机构7被记录；和

·也是借助于所述机构7记录q个相关联的输出曲线，其也是借助于所述装置1的机构7而测量的，q是整数。

因而，根据本发明的装置1，不再被局限于仅将常用换向装置指令发送到航空器的致动器3A、3B、...3n。航空器的某些输出在输出赋值(其在所述预备步骤中被定义)上被驾驶和控制。这些输出赋值形成为使得可潜在地识别。

实验示出，由于本发明，尤其是获得了下列优点：

-对出现在输出中的某些状态的直接控制导致同时在所有换向装置上的有效运动(多换向装置方法)；

-实际的输出曲线(也就是说那些在输出处实际得到的)非常接近代表了输出赋值的输出曲线；和

-在至少一条输出曲线上获得直接优化，从而允许获得对至少一个空气动力学效应的良好识别。

为此，根据本发明的装置1因此执行了下列操作：

-控制在表现为识别码的(赋值)指令上的一个或多个输出。通过校正器K确保该控制。其任务是将航空器保持在相应的一条或若干输出曲线上；和

-不再通过如常用协议中的换向装置转向指令，而是通过代表了因此直接涉及输出的输出赋值的指令，来直接控制航空器。因而，本发明的试验协议的输入有两种类型：关于航空器的换向装置2A、2B、...2n的常用换向装置偏斜，以及输出赋值指令。输出曲线的直接控制由将所需的输出赋值转换为用于换向装置2A、2B、...2n的转向指令的预先控制P被保证。因而建立在一方面的常用换向装置输入和另一方面的受控输出之间的差别。

根据本发明的装置1的优选应用，涉及到其在用于识别航空器上的空气动力学现象的方法中的使用。该方法尤其具有下列步骤A/到E/：

A/借助于所述装置1，实施至少一个n个飞行试验的协议，n是整数，使得有可能获得多个代表实际施加到航空器的转向指令的n个实际输出曲线，及多个相关的实际输出曲线；

B/将所述的n个实际输入曲线施加到飞行仿真器；

C/在所述飞行仿真器上测量响应于施加所述n个实际输入曲线而获得的相应的输出曲线；

D/所述实际输出曲线和所述飞行仿真器所发出的所述相应输出曲线被成对比较；和

E/根据这个或这些比较，改进由所述飞行仿真器使用的仿真模型。

Claims (9)

1.用于在航空器上执行至少一个飞行试验的方法，根据该方法：

a)产生待施加到航空器的至少一个换向装置(2A、2B、2n)的至少一个转向指令；

b)在所述航空器飞行时，将所述转向指令施加到所述换向装置(2A、2B、2n)，该换向装置能够偏斜从而作用于该航空器的至少一个驾驶轴且该换向装置包含至少一个致动器(3A、3B、3n)，用于根据至少一个转向指令将所述换向装置(2A、2B、2n)偏斜，所述转向指令随时间示出转向变化；

c)测量至少一条输出曲线，其示出：在飞行期间响应于将所述转向指令施加到该换向装置(2A、2B、2n)在该航空器的运动时间上的变化；和

d)记录施加到该换向装置(2A、2B、2n)的转向指令及所测量的相应的输出曲线，

其特征在于：

-在步骤a)中：

·接收至少一个输出赋值，使得有可能获得至少一条输出曲线，其识别该航空器的至少一个空气动力学效应；和

·产生至少一个换向装置转向指令，其由所接收的所述输出赋值引起；和

-在施加由所述输出赋值引起所述转向指令时，控制该飞行航空器，从而在所述航空器上获得并保持所述识别输出曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，也接收了至少一个换向装置转向指令，其将被施加到所述换向装置(2A、2B、2n)。

3.如权利要求1和2中之一所述的方法，其特征在于，为产生由输出赋值所引起的转向指令，并实现所述控制，使用根据所谓的模态控制理论形成的机构。

4.如权利要求1和2中之一所述的方法，其特征在于，为进行试验，实施了所述步骤a)到d)用于航空器的多个换向装置(2A、2B、2n)的及所述控制。

5.用于在航空器上执行至少一个飞行试验的装置，所述装置(1)包括：

-航空器的至少一个换向装置(2A、2B、2n)，其能够偏斜从而在飞行期间作用于该航空器的至少一个驾驶轴上，并包括用于将所述换向装置(2A、2B、2n)根据所接收的至少一个转向指令转向的至少一个致动器(3A、3B、3n)，该指令示出了在时间上的该偏斜的变化；

-控制单元(4)，其用于将至少一个待施加到所述换向装置(2A、2B、2n)的转向指令传输到所述致动器(3A、3B、3n)；

-测量机构(6)，其用于根据响应于在飞行中将转向指令施加到换向装置(2A、2B、2n)对示出在航空器运动时间上的变化的至少一个输出曲线进行测量；和

-记录机构(7)，其用于记录施加到换向装置(2A、2B、2n)的至少一个转向指令、以及所测得的相应输出曲线，

其特征在于：

-所述控制单元(4)包括：

·至少一个第一机构(10)，其能够接收至少一个输出赋值，使得有可能获得识别航空器的至少一个空气动力学效应的至少一条输出曲线；和

·至少一个第二机构(11)，其用于产生至少一个换向装置转向指令，该指令是由所述第一机构(10)传输的第一输出赋值所引起的；和

-所述装置(1)还包括至少一个随动机构(13)，用于随动航空器，从而在所述第二机构(11)产生的相应转向指令被施加到换向装置(2A、2B、2n)时，在所述航空器上获取并保持所述识别输出曲线。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元(4)还包括用于接收传输到换向装置(2A、2B、2n)的致动器(3A、3B、3n)的至少一个换向装置转向指令的第三机构(15)。

7.如权利要求5或6所述的离合器，其特征在于，所述换向装置对应于航空器的下列元件之一：

-襟翼

-副翼

-水平尾翼

-升降舵；和

-方向舵。

8.用于在航空器上执行一种n个飞行试验的协议的方法，n是大于1的整数，

其特征在于：

-在预备步骤中，确定必须被直接施加到航空器的m个换向装置转向指令和p个输出赋值，在飞行器的时间上的响应中使得有可能隔离航空器的至少一个空气动力学效应，该时间上的响应通过至少一个输出曲线示出，m和p是这样的整数即m+p＝n；

-在至少航空器的后续的飞行过程中，通过分别施加所述的m个转向指令及所述的p个输出赋值实施n个试验，p个输出赋值也以代表性的转向指令的形式被施加；通过实施根据权利要求1到4中任一条所指出的方法、或通过使用权利要求5到7中任一条所指出的装置，所述n个试验至少部分被执行；和

-对于所述n个试验中的每个而言，所施加的转向指令被记录，且q个相应的输出曲线被测量并记录，q是整数。

9.借助于飞行仿真器识别航空器上的空气动力学现象的方法，根据该方法：

A/执行至少一个n个飞行试验的协议，n是整数，使得有可能获得多个代表实际施加到航空器的转向指令的n个实际输出曲线及多个相关的实际输出曲线。

B/所述n个实际输入曲线被施加到所述飞行仿真器；

C/响应于施加所述n个实际输入曲线而获得的相应的输出曲线在所述飞行仿真器上被测量；

D/所述实际输出曲线和所述飞行仿真器所给出的所述相应的输出曲线被成对比较；和

E/所述飞行仿真器使用的仿真模型根据所述比较而改进。

其特征在于，在步骤A/中，执行了如权利要求8中所述的方法。

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