CN111204469A - 一种飞行能量变化显示系统及显示位置确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器设计技术领域，特别涉及一种飞行能量变化显示系统及显示位置确定方法。所述的显示系统包括处理器和显示器，所述处理器将飞机的单位剩余功率处理为在显示器上的位置信息，并由显示器显示。提供一种飞行能量变化显示系统，解决现有技术中无法准确及时判断飞机飞行能量状态变化趋势的技术问题。同时，提供一种科学、准确确定飞机单位剩余功率在系统显示器上显示位置的方法。

Description

一种飞行能量变化显示系统及显示位置确定方法

技术领域

本发明涉及飞行器设计技术领域，特别涉及一种飞行能量变化显示系统及 显示位置确定方法。

背景技术

飞机在飞行中，飞机的动能和重力势能之间的变化，以及为克服阻力损失 的能量和来自燃料的能量之间存在一定的平衡关系。飞机的动能与重力势能之 和是飞机的总能量，当飞机的总能量增加时，表明飞机具有正的剩余功率；当 飞机的总能量减小时，表明此刻飞机具有负的剩余功率。这种能量的变化趋势 对于飞行员操纵飞机具有重要指导意义。当飞机具有正的剩余功率时，飞行员 可以操纵飞机进行爬升以增加重力势能，也可以操纵飞机进行增速来获得动能， 还可以操纵飞机进行盘旋(克服更大的气动阻力)以获得改变方向的能力。简 而言之，飞机的剩余功率，可以用来爬升、加速以及改变飞行方向。

当飞机保持高度平飞时，可以通过飞机真空速的变化来判断飞机能量的变 化趋势；当飞机保持真空速飞行时，通过飞机高度的变化可以判断飞机能量变 化趋势；但当飞机在垂直空间进行机动飞行时，就无法直观的判断飞机的能量 变化趋势了。对于战斗机而言，在进行作战时更多是在空间进行机动。

当前，战斗机在进行空间机动飞行时，飞行员难以及时准确的判断飞机的 能量变化趋势。在作战中，不清楚飞机的能量状态变化，容易造成飞机偏离本 机最优能量状态，最终导致态势上的失利。在试飞中，由于无法准确及时判断 飞机能量状态的变化趋势，试飞员不能严格按照要求完成等速爬升、稳定盘旋 等试飞动作。

发明内容

本发明解决的技术问题:提供一种飞行能量变化显示系统，解决现有技术中 无法准确及时判断飞机飞行能量状态变化趋势的技术问题。同时，提供一种科 学、准确确定飞机单位剩余功率在系统显示器上显示位置的方法。

本发明的技术方案:一种飞行能量变化显示系统，所述的显示系统包括处理 器和显示器，所述处理器将飞机的单位剩余功率处理为在显示器上的位置信息， 并由显示器显示。

优选地，所述显示系统的显示器上还显示有飞机的飞行速度方向和水平天 地线。该技术方案为飞机飞行能量状态变化趋势的判断，提供了基础。

优选地，所述的所有信息通过符号在显示器上显示。该技术方案，给一种 了上述信息的显示方式，为后续飞机飞行能量状态变化趋势的快捷判断奠定了 基础。

优选地，通过表示单位剩余功率的符号与表示水平天地线的符号在显示器 上的相对位置关系，代表飞机飞行总能量的变化趋势。该技术方案使得在飞行 中飞行员能够更快更准确的判断飞机当前的总能量的变化趋势。

优选地，通过表示单位剩余功率的符号与表示飞行速度方向的符号在显示 器上的相对位置关系，代表飞机飞行动能的变化趋势。该技术方案为飞行员提 供了飞机飞行动能变化趋势的便捷指示。

飞机单位剩余功率在系统显示器上显示位置的确定方法，所述的系统为上 述飞行能量变化显示系统，所述显示系统的显示器上还显示有飞机俯仰梯度符 号。

根据保持动能飞行时飞机单位剩余功率与飞机爬升角之间的物理关系，将 飞机单位剩余功率转换为以飞机俯仰梯度符作为位置参照的显示位置信息。

优选地，计算飞机单位剩余功率的方法包括如下步骤：

从采集的飞行参数中提取机体坐标轴系的三轴加速度、三轴角速率、迎角、 侧滑角、爬升率和真空速，并进行滤波处理；

将加速度传感器测量的机体坐标轴系三轴加速度向飞机重心处转换；

将转换后重心处的机体坐标轴系三轴加速度转换至气流坐标轴系下，获得 气流坐标轴系下飞机重心处的X轴加速度；

根据计算得到的气流坐标轴系加速度和飞行参数提取的爬升率及真空速， 计算得出飞机当前状态下的单位剩余功率；该技术方案符合飞行动力学物理特 性，能够准确计算出飞机当前状态的单位剩余功率。

附图说明

图1为本发明所述系统显示内容示意图。

1为飞机单位剩余功率显示符号，2为飞机飞行速度方向显示符号，3为水 平天地线显示符号。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

本发明在飞机的平显上显示，如图1所示，采用“><”表示飞机单位 剩余功率显示符号1,它与平显上水平天地线显示符号3相对位置关系表明飞机 单位剩余功率的情况。当飞机单位剩余功率显示符号1在水平天地线显示符号3 上方时，表明飞机具有正的单位剩余功率，飞机总能量有增加的趋势；若飞机 单位剩余功率显示符号1在水平天地线显示符号3的下方时，表明飞机具有负 的单位剩余功率，飞机总能量正在损失；当飞机单位剩余功率显示符号1和水 平天地线显示符号3重合时，表明飞机在保持能量飞行；当飞机单位剩余功率 显示符号1在水平天地线显示符号3上方(下方)且垂直间隔距离越远，飞机 能量增加(损失)的越快。除此之外，它与平显上飞机飞行速度方向显示符号2 相对位置关系表明飞机动能的变化趋势，当飞机单位剩余功率显示符号1在飞 机飞行速度方向显示符号2上方时，表明飞机的动能有增加的趋势；若飞机单 位剩余功率显示符号1在飞机飞行速度方向显示符号2下方时，表明飞机动能 有损失的趋势；当飞机单位剩余功率显示符号1和飞机飞行速度方向显示符号2 重合时，表明飞机保持动能飞行；当飞机单位剩余功率显示符号1在飞机飞行 速度方向显示符号2上方(下方)且垂直间隔距离越远，表明飞机动能增加(损失)越快。

平显上飞机单位剩余功率显示符号1的位置是以飞机俯仰梯度符作为位置 参照的显示位置信息，它的具体计算步骤如下：

(1)从采集的飞行参数中提取机体坐标轴系的三轴加速度、三轴角速率、 迎角、侧滑角、爬升率和真空速，并进行滤波处理；

(2)将加速度感器测量的机体坐标轴系三轴加速度(X轴加速度a_xt、Y轴 加速度a_yt和Z轴加速度a_zt)，向飞机重心处转换，即

a_{xt_cm}＝a_xt-(R²+Q²)·△X+PQ·△Y+PR·△Z

a_{yt_cm}＝a_yt-QP·△X-(R²+P²)·△Y+QR·△Z

a_{zt_cm}＝a_zt-RP·△X+RQ·△Y-(Q²+P²)·△Z

其中，P、Q、R分别为机体坐标轴系下的滚转角速率、俯仰角速率和偏航角 速率，△X、△Y、△Z是加速度传感器传感器在飞机上的安装位置与飞机重心位 置在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的距离，为已知的飞机特性数据。

(3)将转换后重心处的机体坐标轴系三轴加速度(X轴加速度a_{xt_}cm、Y轴 加速度a_{yt_cm}和Z轴加速度a_{zt_cm})转换成气流坐标轴系下，获得气流坐标轴系下 飞机重心处的X轴加速度，即

a_{xq_cm}＝cosαcosβ·a_{xt_cm}+sinβ·a_{yt_cm}+sinαcosβ·a_{zt_cm}

其中，α为飞行时的迎角，β为飞行时的侧滑角。

(4)根据计算得到的气流坐标轴系加速度a_{xq_cm}和飞行参数中提取的爬升率 (V_y)及真空速V，计算飞机当前状态下的单位剩余功率(SEP)，即

其中，g为重力加速度，取为9.8m/s2。

(5)根据保持动能飞行时飞机单位剩余功率与飞机爬升角之间的物理关 系，将飞机单位剩余功率(SEP)转换为以飞机俯仰梯度符作为位置参照的显示 位置信息(γ)，转换计算过程为

γ＝arcsin(SEP/V)＝arcsin(V_y/V+a_xq ^_cm/g)

使用示例：

(1)从某架次飞行参数中提取经过滤波处理的机体坐标轴系的XYZ轴加速 度(3.2455、0.0778、-34.4971)、XYZ轴角速率(0.0104、0.0005、0.0087)、 迎角(5.83)、侧滑角(0.0415)、爬升率(-6)和真空速(444.05)；

(2)三轴加速度传感器安装位置与飞机重心位置在X轴方向、Y轴方向和 Z轴方向的距离分别为-9.105m、0.195m、-0.56m；按照前文所述方法换算成飞 机重心处的机体坐标轴系XYZ轴加速度分别为3.244、0.1072、-34.459；

(3)按照前文所述方法换算成获得气流坐标轴系下飞机重心处的X轴加速 度为-0.2726；

(4)按前文所述方法计算单位剩余功率为-18.35；

(5)按前文所述方法转换为以飞机俯仰梯度符作为位置参照的显示位 置信息，计算结果为-2.368。

Claims (7)

1.一种飞行能量变化显示系统，其特征在于，所述的显示系统包括处理器和显示器，所述处理器将飞机的单位剩余功率处理为在显示器上的位置信息，并由显示器显示。

2.根据权利要求1所述的一种飞行能量变化显示系统，其特征在于，所述显示系统的显示器上还显示有飞机的飞行速度方向和水平天地线。

3.根据权利要求1或2所述的一种飞行能量变化显示系统，其特征在于，所述的所有信息通过符号在显示器上显示。

4.根据权利要求3所述的一种飞行能量变化显示系统，其特征在于，通过表示单位剩余功率的符号与表示水平天地线的符号在显示器上的相对位置关系，代表飞机飞行总能量的变化趋势。

5.根据权利要求3所述的一种飞行能量变化显示系统，其特征在于，通过表示单位剩余功率的符号与表示飞行速度方向的符号在显示器上的相对位置关系，代表飞机飞行动能的变化趋势。

6.飞机单位剩余功率在系统显示器上显示位置的确定方法，其特征为：所述的系统为权利要求1所述飞行能量变化显示系统，所述显示系统的显示器上还显示有飞机俯仰梯度符号；

根据保持动能飞行时飞机单位剩余功率与飞机爬升角之间的物理关系，将飞机单位剩余功率转换为以飞机俯仰梯度作为位置参照的显示位置信息。

7.根据权利要求6所述的飞机单位剩余功率在系统显示器上显示位置的确定方法，其特征在于，计算飞机单位剩余功率的方法包括如下步骤：

从采集的飞行参数中提取机体坐标轴系的三轴加速度、三轴角速率、迎角、侧滑角、爬升率和真空速，并进行滤波处理；

将加速度传感器测量的机体坐标轴系三轴加速度向飞机重心处转换；

将转换后重心处的机体坐标轴系三轴加速度转换至气流坐标轴系下，获得气流坐标轴系下飞机重心处的X轴加速度；

根据计算得到的气流坐标轴系加速度和飞行参数提取的爬升率及真空速，计算得出飞机当前状态下的单位剩余功率。

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