基于相平面法的结冰飞机纵向非线性稳定域分析

doi:10.7527/S1000-6893.2015.0197

流体力学与飞行力学

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基于相平面法的结冰飞机纵向非线性稳定域分析

屈亮, 李颖晖, 袁国强, 徐浩军

空军工程大学航空航天工程学院, 西安 710038

收稿日期:2015-05-08 修回日期:2015-07-07 出版日期:2016-03-15 发布日期:2015-07-14
通讯作者: 徐浩军,Tel.:029-84787505,E-mail:xuhaojun@mail.xjtu.edu.cn E-mail:xuhaojun@mail.xjtu.edu.cn
作者简介:屈亮,男,博士研究生。主要研究方向:非线性控制理论、飞机飞行品质。E-mail:lovequliang@163.com;李颖晖,女,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:非线性控制理论。Tel:029-84787606,E-mail:liyinghui66@163.com;袁国强,男,博士研究生。主要研究方向:非线性控制理论、电力电子。Tel:029-84787606,E-mail:laputasnoopy@126.com;徐浩军,男,硕士,教授,博士生导师。主要研究方向:飞行安全、作战效能。Tel:029-84787505,E-mail:xuhaojun@mail.xjtu.edu.cn
基金资助:
国家"973"计划(2015CB755805);国家自然科学基金(61374145)

Longitudinal nonlinear stabilizing region for icing aircraft based on phase-plane method

QU Liang, LI Yinghui, YUAN Guoqiang, XU Haojun

School of Aeronautics and Astronautics Engineering, Air Force Engineering University, Xi'an 710038, China

Received:2015-05-08 Revised:2015-07-07 Online:2016-03-15 Published:2015-07-14
Supported by:
National Basic Pesearch Program of China(2015CB755805);National Natural Science Foundation of China(61374145)

摘要/Abstract

摘要：

结冰是威胁飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰后飞机稳定性及稳定域范围对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。由于结冰后大飞机失速迎角提前,仅仅研究小迎角线性阶段的飞行稳定性显然不能满足要求。首先根据飞机迎角和升力曲线非线性关系建立了结冰条件下大迎角阶段飞机纵向非线性系统模型,然后通过相平面法刻画了迎角和俯仰角速度构成的不同飞行状态下飞机的纵向运动的稳定域,并探讨了迎角和俯仰角速度对纵向稳定性的影响规律,最后针对稳定域内外的不同初始状态,进行了零输入响应时域仿真,验证了相平面法确定的稳定域的有效性和准确性。研究结果可为飞机结冰后的稳定边界确定和边界保护提供一定的参考。

关键词: 飞机结冰, 纵向稳定性, 非线性, 失速迎角, 稳定域

Abstract:

Icing is one of the factors that could pose great threat to flight safety; therefore it is significant to conduct a research on stability and stabilizing region of aircraft for control and flight safety under icing conditions. Due to the early arrival of stalling angle of attack of icing large airplane, it is obvious that the research on the flight stability of a small angle of attack in the linear phase cannot meet the requirement. Firstly, the aircraft longitudinal nonlinear model for large angle of attack is proposed under icing conditions based on the nonlinear relation between the angle of attack and the lift. Then, the longitudinal stabilizing region of angle of attack and pitch angular velocity is depicted based on phase-plane method. At the same time, the influences of angle of attack and pitch angular velocity on longitudinal stability are analyzed. Finally, the stabilizing region based on phase-plane method is verified through the time domain simulation with zero input according to different initial conditions inside and outside of the stabilizing region. The results can provide a reference for stability envelope determination and envelope protection of icing aircraft.

Key words: aircraft icing, longitudinal stability, nonlinear, stalling angle of attack, stabilizing region

中图分类号:

V328

屈亮, 李颖晖, 袁国强, 徐浩军. 基于相平面法的结冰飞机纵向非线性稳定域分析[J]. 航空学报, 2016, 37(3): 865-872.

QU Liang, LI Yinghui, YUAN Guoqiang, XU Haojun. Longitudinal nonlinear stabilizing region for icing aircraft based on phase-plane method[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(3): 865-872.

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Longitudinal nonlinear stabilizing region for icing aircraft based on phase-plane method

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