[发明专利]一种基于线化增量方程的飞机飞行性能计算方法

权利要求书

1.一种基于线化增量方程的飞机飞行性能计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、非线性动力学方程线化

对非线性动力学方程进行线化处理获得线性增量方程，对于解析形式描述的方程在基准状态点进行泰勒级数展开，保留一阶导数；对于采用离散数据形式描述的动力学方程，采用数值算法进行线化；通过线化增量方程进行动力学特性描述；

b、确定计算条件与输出；

根据求解的飞行性能参数确定已知条件和未知量，并将已知量处理成增量形式以作为方程的输入；

c、利用线化增量方程求解未知量；

利用线化增量方程进行代数运算，求解出未知量的增量，将增量叠加到基准量上获得未知量全量；

d、性能特性参数求解

利用求解到的未知量全量结合已知条件进行性能参数求解；

所述步骤a中，非线性动力学方程线化具体是指在飞机飞行包线范围内选择不同高度和速度点作为线化基准状态，使方程在基准点按平飞状态配平然后进行线化或在包线内按等速压线间隔对方程进行线化；选择速度V和航迹倾斜角θ为状态变量，则状态向量x＝[V，θ]＝[x₁，x₂]，选择飞行迎角α和发动机转速n为控制变量，则控制向量u＝[α，n]＝[u₁，u₂]，平飞配平状态下的状态变量和控制变量为x₀＝[V₀，θ₀]和u₀＝[α₀，n₀]，获得矩阵形式线化方程和燃油变化率方程；

其中：f_1V表示f₁对V在线化基准点处的一阶偏导数，A为状态矩阵，B为控制矩阵；

其中：q_h，V为q_h对V在线化基准点处的一阶偏导数；

所述步骤d中，性能特性参数求解包括速度-高度范围计算、爬升/下降率计算和巡航性能计算；

所述速度-高度范围计算具体是指最大速点处飞机保持定速平飞，即ΔV＝0和Δθ＝0，则得到线化方程公式3；

确定方程中已知量；

Δn＝n_max-n₀ 公式4

Δθ＝θ-θ₀＝0 公式5

其中n_max是发动机最大转速，n₀是线化方程的基准转速；两个方程两个未知数，通过推导可得到ΔV和Δα的表达式；

则飞行速度V和迎角α分别通过公式8和公式9获得；

V＝V₀+ΔV 公式8

α＝α₀+Δα 公式9

将所有高度的最大/小速度求解出后，即得飞机的高度-速度范围；

所述爬升/下降率计算具体是指选取或插值获得待求解速度V和高度h处的线化增量方程，确定方程中已知量；

ΔV＝V-V₀＝0 公式10

Δn＝n_max-n₀ 公式11

飞机保持稳定爬升时ΔV＝0和Δθ＝0，推导得到Δθ和Δα的表达式；

航迹倾斜角和爬升率通过公式14和公式15求解；

θ＝θ₀+Δθ 公式14

V_y＝V·sin(θ) 公式15

下降率计算，发动机转速增量通过公式16求解；

Δn＝n_min-n₀ 公式16

通过公式17求解高度和速度下的燃油消耗率；

m＝(m)₀+Δ(m) 公式17；

所述巡航性能计算具体是指通过线化基准点中h₀、V₀与(m)₀的数据表，直接插值得到待求解h和V处的m，然后通过公式18和公式19计算获得航时和航程；