CN107622180B - 一种用于飞机速度低的告警速度计算方法 - Google Patents

Abstract

一种用于飞机速度低的告警速度计算方法，根据飞机的飞行状态（飞机的重量、航迹角、坡度），采用运动学方程，计算飞机以某一初始速度在当前状态下，经过一定时间

后若速度减小至边界速度，

的取值在3～8s，则将该初始速度作为相应状态下的“速度低”告警速度值，分别计算出飞机各重量下，不同飞行状态（航迹角、坡度），所对应的“速度低”告警速度值，飞机在对应重量、航迹角和坡度下，当速度达到对应的“速度低”告警速度值时，发出“速度低”告警，提醒飞行员注意，使飞行员有充足时间进行改出操作，以防止飞机因速度低，舵面气动效率不足而进入失速偏离，甚至尾旋状态；同时，又不会过早发出“速度低”告警，影响飞行员正常操纵。

Description

一种用于飞机速度低的告警速度计算方法

技术领域

本发明涉及飞机告警速度算法技术领域，尤其涉及一种用于飞机速度低的告警速度计算方法。

背景技术

飞机在进行左边界飞行时，若操纵不当，可能导致飞机迎角超过失速迎角，飞机失速，从而失去控制，进而进入尾旋等危险飞行状态。目前针对这一问题采取的保护措施主要有两种方法：一是失速告警，当飞机迎角接近或超过失速迎角时，通过飞机本身失速时的响应告警或人工告警，或者通过“失速状态的飞行器的辅助驾驶”(CN 103847971A)，提示飞行员采取相应的措施，以改出失速状态；二是通过在飞行控制系统中，增加迎角保护功能，防止飞机迎角超过失速迎角(“一种飞机迎角保护控制方法”CN 105468008A)；而上述措施，均是建立在飞机操纵舵面有足够操纵效率的基础上，通过偏转操纵舵面(飞行员操纵或者飞行控制系统操纵)，控制飞机姿态，使飞机的迎角在安全迎角范围内。

但若出现飞机速度过低时，由于此时飞机操纵舵面气动力不足，操纵效率很低，偏转操纵舵面已可能无法控制飞机姿态，因而不能保证飞机迎角在失速迎角范围内，或超过失速迎角后，能够及时偏转操纵舵面改出失速状态。

为了防止因速度低导致飞机失速，进入失控状态，通过设置“速度低”告警，以提示飞行员采取相应的操纵，避免速度继续减小至失速速度；但飞机在不同的飞行状态，其速度变化快慢有很大差异，因此“速度低”告警对应的速度将不是一个固定值，而与飞机的飞行状态相关，若采用传统固定某一速度为“速度低”告警值，则不适用于所用飞行状态。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于飞机速度低的告警速度计算方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种用于飞机速度低的告警速度计算方法，具体步骤如下：

1)获取计算告警速度的原始数据

气动力数据:飞机配平升阻力系数：C_y＝f(α,M)、C_x＝f(α,M)；

发动机推力数据：P＝f(M,状态)；

飞机质量m，m随飞机机内剩余燃油质量变化而变化；

飞机失速速度V_s；

2)在航迹坐标系里，建立质点运动的动力学方程

其中，

式(1)中，α为迎角、φ_p为发动机安装角、θ为航迹倾斜角，ψ为航迹偏转角；

3)代入数据，计算告警速度

计算飞机以某一初始速度在当前状态下，经过一定时间Δt后若速度减小至边界速度，则将该初始速度作为相应状态下的“速度低”告警速度值，由于飞机初始速度未知，采用迭代的方法进行计算，给定飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ，并假设

计算如下：

①给定计算初始值：V₀＝V_s，α₀＝0，通过步骤2)的动力学方程求升力系数C_y1，根据飞机配平升阻力系数进行插值，分别求出对应的迎角α₁和阻力系数C_x1，再代入动力学方程求飞机运动的加速度a₁；

②若a₁<0，则表示飞机处于减速运动过程，求解对应的“速度低”告警速度：V₁＝V_s-a₁Δt；

③将V₁、α₁代入运动方程，求解新的升力系数C_y2，通过插值得到对应的迎角α₂，并通过步骤2)的动力学方程求得加速度a₂；

④重复迭代步骤②、步骤③，求V_i、V_i-V_i-1<0.0001时迭代终止，此时V_i即为对应飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ时的“速度低”告警速度；

重复以上步骤①～④，分别计算出飞机各重量下，不同飞行状态(航迹角、坡度)所对应的“速度低”告警速度值，飞机飞行过程中在对应重量、航迹角和坡度下，当速度达到对应的“速度低”告警速度值时，发出“速度低”告警，提醒飞行员注意，使飞行员有充足时间进行改出操作。

在本发明中，时间Δt的范围为3～8s。

有益效果：本发明根据飞机的飞行状态，采用运动学方程，计算飞机各种飞行状态对应的“速度低”告警速度，在飞行状态达到对应告警速度时发出“速度低”告警，即提醒飞行员注意，使飞行员有充足时间进行改出操作，以防止飞机因速度低，舵面气动效率不足而进入失速偏离，甚至尾旋状态；同时，又不会过早发出“速度低”告警，影响飞行员正常操纵。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例的计算流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1的一种用于飞机速度低的告警速度计算方法，具体步骤如下：

1)获取计算告警速度的原始数据

气动力数据:飞机配平升阻力系数：C_y＝f(α,M)、C_x＝f(α,M)；

发动机推力数据：P＝f(M,状态)，这里考虑发动机的工作状态为额定状态；

飞机的质量m，m随飞机机内剩余燃油质量变化而变化；

飞机失速速度V_s；

2)在航迹坐标系里，建立质点运动的动力学方程

其中，

式(1)中，α为迎角、φ_p为发动机安装角、θ为航迹倾斜角，ψ为航迹偏转角；

3)代入数据，计算告警速度

根据飞机的飞行状态(飞机的重量、航迹角、坡度)，采用步骤2)所述的运动学方程，计算飞机以某一初始速度在当前状态下，经过一定时间Δt后若速度减小至边界速度，则将该初始速度作为相应状态下的“速度低”告警速度值；时间Δt的确定，须考虑飞行员听到告警后的反应时间、进行改出操纵的时间以及飞机状态响应的时间，根据飞机类型的差别，时间Δt的取值在3～8s；由于飞机初始速度未知，采用迭代的方法进行计算，计算流程如图1所示：

给定飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ，并假设

计算如下：

①给定计算初始值：V₀＝V_s，α₀＝0，通过步骤2)的运动学方程求升力系数C_y1，根据飞机配平升阻力系数进行插值，分别求出对应的迎角α₁和阻力系数C_x1，代入步骤2)的运动学方程求飞机运动的加速度a₁；

②若a₁<0，则表示飞机处于减速运动过程，求解对应的“速度低”告警速度：V₁＝V_s-a₁Δt；

③将V₁、α₁代入运动方程，求解新的升力系数C_y2，通过插值得到对应的迎角α₂，并通过步骤2)的运动学方程求得加速度a₂；

④重复迭代步骤②、步骤③，求V_i、V_i-V_i-1<0.0001时迭代终止，此时V_i即为对应飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ时的“速度低”告警速度；

重复以上步骤①～④，分别计算出飞机各重量下，不同飞行状态(航迹角、坡度)所对应的“速度低”告警速度值，飞机飞行过程中在对应重量、航迹角和坡度下，当速度达到对应的“速度低”告警速度值时，发出“速度低”告警，提醒飞行员注意，使飞行员有充足时间进行改出操作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种用于飞机速度低的告警速度计算方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)获取计算告警速度的原始数据

气动力数据:飞机配平升阻力系数：C_y＝f(α,M)、C_x＝f(α,M)；

发动机推力数据：P＝f(M,状态)；

飞机质量m，m随飞机机内剩余燃油质量变化而变化；

飞机失速速度V_s；

2)在航迹坐标系里，建立质点运动的动力学方程

其中，

式(1)中，α为迎角、φ_p为发动机安装角、θ为航迹倾斜角，ψ为航迹偏转角；

3)代入数据，计算告警速度

计算飞机以某一初始速度在当前状态下，经过一定时间Δt后若速度减小至边界速度，则将该初始速度作为相应状态下的“速度低”告警速度值，由于飞机初始速度未知，采用迭代的方法进行计算，给定飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ，并假设

计算如下：

①给定计算初始值：V₀＝V_s，α₀＝0，通过步骤2)的运动学方程求升力系数C_y1，根据飞机配平升阻力系数进行插值，分别求出对应的迎角α₁和阻力系数C_x1，代入步骤2)的运动学方程求飞机运动的加速度a₁；

②若a₁<0，则表示飞机处于减速运动过程，求解对应的“速度低”告警速度：V₁＝V_s-a₁Δt；

③将V₁、α₁代入运动方程，求解新的升力系数C_y2，通过插值得到对应的迎角α₂，并通过步骤2)的运动学方程求得加速度a₂；

④重复迭代步骤②、步骤③，求V_i、V_i-V_i-1<0.0001时迭代终止，此时V_i即为对应飞机质量m、航迹倾斜角θ、坡度γ时的“速度低”告警速度；

重复以上步骤①～④，分别计算出飞机各重量下，不同航迹角、坡度的飞行状态所对应的“速度低”告警速度值，飞机飞行过程中在对应重量、航迹角和坡度下，当速度达到对应的“速度低”告警速度值时，发出“速度低”告警，提醒飞行员注意，使飞行员有充足时间进行改出操作；

上述时间Δt的范围为3～8s。

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