民用飞机单发失效时仿真研究.docx

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1、民用飞机单发失效时仿真研究 摘 要：通过对六自由度运动方程进行仿真计算，探讨了飞机非对称动力时的操稳特性，并总结了其飞行品质的验证方法。仿真结果表明该方法的有效性，并具有肯定的工程设计指导作用。 关键词：非对称动力；六自由度 中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1673-7800011-0113-02 0 引言 对于双发动机民用飞机，当其中一台发动机发生故障时，必定存在左右不平衡推力，造成不平衡力矩，飞机会产生侧滑角及滚转角并降低飞行高度。此时须要偏转方向舵及副翼平衡不对称推力产生的横航向力矩，并保持飞机接着平安飞行。 目前，单台发动机的失效概率为110-5/飞行小时，相对

2、于客机失事概率110-9/飞行小时要大得多。因此，当客机发生动力的非对称损失时，要实行相应的补偿措施，保证其有效的操纵和平安飞行。因此，有必要依据相关的飞行品质规范，对多发动机飞机的非对称动力的操稳特性进行深化探讨。 本文以某典型的双发民用飞机为探讨对象，依据运输类飞机适航标准，并结合空气动力学、理论力学及飞行力学等相关原理，确定仿真方法，并计算分析了单发失效时飞机相关的飞行品质，并验证该仿真方法的有效性。 1 非对称动力状态时飞行器飞行动力学模型建立 非对称动力飞行指多发动机飞机一侧发动机发生故障，造成推力左右不对称时的飞行。此时，要求飞机应能做定常直线飞行。 飞行器动力学方程。利用理论力学

3、的动量定理可知，飞行器质心运动在随意动坐标系Oxyz上投影得质心动力学标量方程组为： m(+wq-vr)=Fx m(+ur-wp)=Fy m(+vp-uq=Fz(1) 依据理论力学中质点系的动量距定理知， dhdt=M(2) 其中：h为质心系对所选择点的动量距；M 为合外力矩。 假设各坐标轴角速度的重量为X、Y、Z，质量为dm的质心绕3个坐标轴的动量矩为： dhx=x(y2+z2)dm-yxydm-zzxdm dhy=y(z2+x2)dm-zzxdm-xxydm dhz=z(x2+y2)dm-xzxdm-yyzdm(3) 引入惯性矩和惯性积，并对上式进行积分得， hx=xIx-yIxy-zIx

4、z hy=yIy-zIyz-xIxy hz=zIz-xIxz-yIyz(4) 对于飞机而言，xoz平面为对称面，因而Ixy和Iyz为零，所以得到转动动力学方程为： L=Ix+(Iz-Iy)qr M=Iy+(Ix-Iz)rp N=Iz+(Iy-Ix)pq(5) (2）飞机运动学方程。假设偏航角速度为、俯仰角速度为、滚转角速度为，得飞机在地轴坐标系上的运动学方程为： g=ucoscos-vsincos+ vcossinsin+ w(cossincos+sinsin) g=usincos+v(coscos+sinsinsin+ w(sinsincos-cossin) g=-usin+vcoscos+

5、wcoscos(6) 由于MATLAB具有强大的求解矩阵算法的功能，因此可以将六自由度方程在MATLAB平台上进行求解。 此种解题方法的MATLAB程序模块如图1所示。 图1 MATLAB求解六自由度运动方程组的程序模块图 2 仿真结果及分析 2.1 单发航向操纵性 图2 表示最大着陆重量G=MLW，后重心，高度H=0，近进襟翼，V=1.3Vsr。左发失效时将脚蹬向左侧蹬满和向右侧蹬满，偏航角随时间的改变曲线。 图2 偏航角随时间的改变曲线 由图2可知，飞机有向停车发动机一侧和相反方向作15偏航的实力。 2.2 单发横向操纵性 图3表示最大起飞重量G=MTOW，后重心，高度H=0ft，巡航襟翼

6、，V=1.3Vsr，左发动机停车时，在最大起飞推力状况下，将侧杆向左和向右偏转到最大偏度，滚转 角随时间的改变曲线。巡航襟翼为飞机最有利的 爬升状态，左发动机停车，飞机右滚实力降低。 由图3可知，飞机在临界发动机停车、V=1.3Vsr时，飞机具有分别向停车发动机一侧和相反方向作20 坡度的转弯实力。 3 结束语 非对称动力飞行器操稳特性分析是一个困难的过程，它涉及到飞行力学、空气动力学、自动限制原理、飞行限制、计算机及人工智能等多个学科。本文结合国内外文献资料，依据运输类飞机适航标准，结合Matlab仿真工具simulink，建立了对民用飞机非对称动力时的仿真分析方法。并以某典型的双发民用飞机

7、为仿真对象，仿真分析了相关的飞行品质，取得了较满足的结果。在飞行试验检验之前，此方法对民用飞机在非对称动力状况下的分析品质分析，具有肯定的工程设计指导作用。 参考文献： 1 蒲致祥.理论力学M.西安:西北工业高校出版社，2000. 2 张志涌.精通MATLAB6M.北京：北京航空航天高校出版社，2003. Simulation Study On Commercial Aircraft of One-engine Failure Abstract:When the aircraft has asymmetry thrust, it must be continue flying and land

8、ing safe. There is lots probabilities of one engine failure with two engine aircraft. On the condition it must control to maintain the fly safe. So it is necessary to researched the aircraft handling qualities. In this paper it simulate and calculate the six-degrees-of-freedom equations, research th

9、e controllability and stability of one engine inoperative aircraft and summarize the verifying ways. The simulation demonstrates the validity of the way and it has good effect on engineering design. Key Words: Asymmetry Thrust; Six-Degrees-of-Freedom 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页