CN111709195B - 一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法 - Google Patents

一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，包括以下步骤：a、选取高度点、速度点和飞行状态，计算不同滚转角稳定盘旋时的小时耗油量；b、耗油特性修正；c、通过函数关系计算发动机的小时耗油量；e、修正至目标重量，包括盘旋耗油量计算和平飞耗油量计算；通过性能数据修正至目标重量平飞状态的小时耗油量；通过计算不同滚转稳定盘旋时的小时耗油量、发动机的小时耗油量和平飞状态下的耗油量，能在不同速度的情况下进行试飞数据的分析计算，可靠准确的得到盘旋和平飞的耗油量数据，同时，通过选取多组不同滚转角的稳定盘旋，能够更改稳定盘旋的角度便可得到多组有效的试飞数据。

Description

一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法。
背景技术
飞机巡航段的耗油特性对于飞机的航程航时性能有很重要的影响，直接关系到飞行试验中，飞机航程航时性能指标的可达性，然而，在试飞阶段，由于飞机投产时间的约束、试飞成本的制约、飞行架次数量的限制，巡航段的试飞数据不足以覆盖飞机所有的耗油特性样本点，造成了耗油特性分析时的数据短缺，影响后续的试飞计划和试飞进度，因此，在试飞过程中，为了更多的得到飞机不同样本点(状态)对应的耗油特性，解决因为数据短缺影响试飞进度的现场问题，需要从不同飞行过程得到巡航段的耗油特性数据。
目前，许多专家学者提出了关于从不同飞行过程中获得巡航段的耗油特性数据，其中，从机动动作飞行中得到巡航段的耗油特性数据是一种典型的方法，例如，卢希荣[1]等提出了在从水平机动飞行动作中，选取法向过载为0g的时刻点，得到此刻飞行的耗油特性，并从中确定航程性能的试飞方法以及数据分析方法。但是，以往的方法有以下不足：一、飞行动作是瞬时的，考虑油量传感器的误差，无法精确的计量出动作执行期间的耗油量；二、执行飞行动作时，飞机的重量唯一，不能高效的在同一次飞行中获取多组试飞数据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，能够基于稳定盘旋试飞，试飞动作处于稳态，耗油量数据能够可靠准确的计量，同时，更改稳定盘旋的角度便可得到多组有效的试飞数据。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、选取高度点、速度点和飞行状态，在相同高度、速度和飞机重量的情况下，选取不同的滚转角n个，建立稳定盘旋，得到不同的滚转角下的小时耗油量，计算公式如下：
Figure GDA0003101351770000021
其中，Wpx为小时耗油量，△Wpx为盘旋的油耗，△Tpx为盘旋的时间；
b、耗油特性修正，包括稳定盘旋力学模型和发动机力学模型；
所述稳定盘旋力学模型的方程组如下：
L cosφ＝G (2)
T＝D (3)
Figure GDA0003101351770000022
Figure GDA0003101351770000023
CD＝CD0+A·CL2 (6)
其中，L为飞机的升力，G为飞机的重力，T为发动机的推力，D为飞机的阻力，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数，CD0为型阻，A为升致阻力因子，φ为滚转角；
所述发动机力学模型的方程如下：
W＝C0+C1T (7)
其中，W为发动机的小时耗油量，C0和C1分别为燃油消耗率的0阶和1阶推力系数，T为发动机的推力；
c、通过函数关系计算发动机的小时耗油量，结合公式(1)-(7)计算公式如下：
Figure GDA0003101351770000024
通过公式(8)得到滚转角φ1和滚转角φ2发动机的小时耗油量，如下：
Figure GDA0003101351770000025
Figure GDA0003101351770000026
d、由公式(9)-(10)可得：
△W＝k△(G/cosφ)2 (11)
k为比例系数，其中，
△W＝W1-W2
△(G/cosφ)2＝(G/cosφ1)2-(G/cosφ2)2
Figure GDA0003101351770000031
求解出△W和△(G/cosφ)2，进行数值平均，求解出
Figure GDA0003101351770000032
以及
Figure GDA0003101351770000033
e、修正至目标重量，包括盘旋耗油量计算和平飞耗油量计算；
所述盘旋耗油量计算如下：
通过基准性能数据修正至目标重量Ggoal和目标滚转角φgoal下的小时耗油量，公式如下：
Figure GDA0003101351770000034
其中，G0.5fuel，φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量、滚转角和小时耗油量；Ggoal，φgoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量、滚转角以及小时耗油量，k为比例系数；
所述平飞耗油量计算如下：
通过基准性能数据修正至目标重量Ggoal平飞状态的小时耗油量，具体的方法如下：
Figure GDA0003101351770000035
其中，G0.5fuel，Φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量、滚转角和小时耗油量；Ggoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量和小时耗油量，k为比例系数。
步骤a中，所述稳定盘旋时的盘旋时间为3～5min。
步骤e中，所述基准性能数据为飞机半油状态的盘旋性能数据，即滚转角-小时耗油量φ-W。
本发明带来的有益效果有：
通过计算不同滚转稳定盘旋时的小时耗油量、发动机的小时耗油量和平飞状态下的耗油量，能在不同速度的情况下进行试飞数据的分析计算，可靠准确的计量费减的耗油量数据，同时，通过选取多组不同滚角的稳定盘旋，两两组合求解出△W和△(G/cosφ)2，进行数值平均，计算
Figure GDA0003101351770000036
以及
Figure GDA0003101351770000037
能够更改稳定盘旋的角度便可得到多组有效的试飞数据。
附图说明
图1是本发明中不同滚角下的小时耗油量表格示意图。
图2是本发明中不同飞行状态下的小时耗油量表格示意图。
图3是本发明中全包线不同飞行状态下的小时耗油量表格示意图。
具体实施方式
实施例1
一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、选取高度点、速度点和飞行状态，在相同高度、速度和飞机重量的情况下，选取不同的滚转角n个(n为变量，稳定盘旋时间为3～5min)，建立稳定盘旋，得到不同的滚转角下的小时耗油量，计算公式如下：
Figure GDA0003101351770000041
其中，Wpx为小时耗油量，△Wpx为盘旋的油耗，△Tpx为盘旋的时间；
b、耗油特性修正，包括稳定盘旋力学模型和发动机力学模型；
所述稳定盘旋力学模型的方程组如下：
L cosφ＝G (2)
T＝D(3)
Figure GDA0003101351770000042
Figure GDA0003101351770000043
CD＝CD0+A·CL2 (6)
其中，L为飞机的升力，G为飞机的重力，T为发动机的推力，D为飞机的阻力，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数，CD0为型阻，A为升致阻力因子，φ为滚转角；
所述发动机力学模型的方程如下：
W＝C0+C1T (7)
其中，W为发动机的小时耗油量，C0和C1分别为燃油消耗率的0阶和1阶推力系数，T为发动机的推力；
c、通过函数关系计算发动机的小时耗油量，结合公式(1)-(7)计算公式如下：
Figure GDA0003101351770000051
通过公式(8)得到滚转角φ1和滚转角φ2发动机的小时耗油量，如下：
Figure GDA0003101351770000052
Figure GDA0003101351770000053
d、由公式(9)-(10)可得：
△W＝k△(G/cosφ)2 (11)
k为比例系数，其中，
△W＝W1-W2
△(G/cosφ)2＝(G/cosφ1)2-(G/cosφ2)2
Figure GDA0003101351770000054
如图1所示，选取多组不同滚转角的稳定盘旋(φ1，φ2，······，φn)，其中，每次稳定盘旋时间3～5min，稳定盘旋的数据，求解出△W和△(G/cosφ)2，进行数值平均，求解出
Figure GDA0003101351770000055
以及
Figure GDA0003101351770000056
图1表中的各项参数通过统计和计算均能得到，结合公式(11)，得到比例系统k；
e、修正至目标重量，包括盘旋耗油量计算和平飞耗油量计算；
所述盘旋耗油量计算如下：
通过基准性能数据修正至目标重量Ggoal和目标滚转角φgoal下的小时耗油量，公式如下：
Figure GDA0003101351770000057
其中，G0.5fuel，φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量、滚转角和小时耗油量；Ggoal，φgoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量、滚转角以及小时耗油量，k为比例系数；
所述平飞耗油量计算如下：
通过性能数据修正至目标重量Ggoal平飞状态的小时耗油量，具体的方法如下：
Figure GDA0003101351770000058
其中，G0.5fuel，Φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量，滚转角和小时耗油量；Ggoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量和小时耗油量，k为比例系数。
步骤a中，所述稳定盘旋时的盘旋时间为3～5min。
步骤e中，所述基准性能数据为飞机半油状态的盘旋性能数据，即滚转角-小时耗油量φ-W。
e、在相同高度、不同速度转态下，为了得到辨识出相同高度和不同速度下，稳定盘旋和稳定平飞情况下的小时耗油量。可在不同速度的情况下，按照1节、2节和3节的方法进行试飞数据的分析计算，如图2所示，得到相同高度和不同速度情况下的飞行状态(重量、滚转角)小时耗油量函数；
f、全包线范围，为了得到辨识出相同高度和不同速度下，稳定盘旋和稳定平飞情况下的小时耗油量。在不同高度下，按照步骤e的方法进行试飞数据的统计和分析计算，如图2所示，得到高度、速度全包线范围内的飞行状态(重量、滚转角)小时耗油量函数。
步骤a中，所述稳定盘旋时的盘旋时间为3～5min。
步骤e中，所述基准性能数据为飞机半油状态的盘旋性能数据，即滚转角-小时耗油量φ-W。
通过计算不同滚转稳定盘旋时的小时耗油量、发动机的小时耗油量和平飞状态下的耗油量，在不同速度的情况下进行试飞数据的分析计算，能可靠准确的得到盘旋和平飞的耗油量数据，同时，通过选取多组不同滚转角的稳定盘旋，两两组合求解出△W和△(G/cosφ)2，进行数值平均，计算
Figure GDA0003101351770000061
以及
Figure GDA0003101351770000062
能够更改稳定盘旋的角度便可得到多组有效的试飞数据，因此，该方法对飞机后续巡航段的耗油特性修正以及飞行试验性能指标的完成有积极的意义和深远的影响。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、选取高度点、速度点和飞行状态，在相同高度、速度和飞机重量的情况下，选取不同的滚转角n个，建立稳定盘旋，得到不同的滚转角下的小时耗油量，计算公式如下：
Figure FDA0003101351760000011
其中，Wpx为小时耗油量，△Wpx为盘旋的油耗，△Tpx为盘旋的时间；
b、耗油特性修正，包括稳定盘旋力学模型和发动机力学模型；
所述稳定盘旋力学模型的方程组如下：
Lcosφ＝G (2)
T＝D (3)
Figure FDA0003101351760000012
Figure FDA0003101351760000013
CD＝CD0+A·CL2 (6)
其中，L为飞机的升力，G为飞机的重力，T为发动机的推力，D为飞机的阻力，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数，CD0为型阻，A为升致阻力因子，φ为滚转角；
所述发动机力学模型的方程如下：
W＝C0+C1T (7)
其中，W为发动机的小时耗油量，C0和C1分别为燃油消耗率的0阶和1阶推力系数；
c、通过函数关系计算发动机的小时耗油量，结合公式(1)-(7)计算公式如下：
Figure FDA0003101351760000014
通过公式(8)得到滚转角φ1和滚转角φ2发动机的小时耗油量，如下：
Figure FDA0003101351760000021
Figure FDA0003101351760000022
d、由公式(9)-(10)可得：
△W＝k△(G/cosφ)2 (11)
k为比例系数，其中，
△W＝W1-W2
△(G/cosφ)2＝(G/cosφ1)2-(G/cosφ2)2
Figure FDA0003101351760000023
求解出△W和△(G/cosφ)2，进行数值平均，求解出
Figure FDA0003101351760000024
以及
Figure FDA0003101351760000025
e、修正至目标重量，包括盘旋耗油量计算和平飞耗油量计算；
所述盘旋耗油量计算如下：
通过基准性能数据修正至目标重量Ggoal和目标滚转角φgoal下的小时耗油量，公式如下：
Figure FDA0003101351760000026
其中，G0.5fuel，φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量、滚转角和小时耗油量；Ggoal，φgoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量、滚转角以及小时耗油量，k为比例系数；
所述平飞耗油量计算如下：
通过性能数据修正至目标重量Ggoal平飞状态的小时耗油量，具体的方法如下：
Figure FDA0003101351760000027
其中，G0.5fuel，Φ0.5fuel和W0.5fuel分别是半油状态下飞机对应的重量，滚转角和小时耗油量；Ggoal和Wgoal分别是目标状态下飞机对应的重量和小时耗油量，k为比例系数。
2.如权利要求1所述的一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，其特征在于：步骤a中，所述稳定盘旋时的盘旋时间为3～5min。
3.如权利要求1所述的一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法，其特征在于：步骤e中，所述基准性能数据为飞机半油状态的盘旋性能数据，即滚转角-小时耗油量φ-W。
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