[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

说明书

本发明公开了一种基于线化增量方程的飞机飞行性能计算方法，属于航空飞行技术领域，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；c、利用线化增量方程求解未知量；d、性能特性参数求解。本发明能够实现性能数据的高效和稳定计算，并可应用于各类对时效性、稳定性有较高要求的应用场景。

技术领域

本发明涉及到航空飞行技术领域，尤其涉及一种基于线化增量方程的飞机飞行性能计算方法。

背景技术

现有技术基于非线性、全量飞机质点动力学和运动学方程求解飞机飞行性能。如公式其中：α为迎角；V为飞行速度；T为推力，一般为发动机转速、高度、飞行马赫数的函数，即T＝T_f(n，h，M)，n为发动机转速、h为飞行高度、M为飞行马赫数；D为阻力；L为升力；为推力作用线与飞机迎角基准线之间夹角；θ为航迹倾斜角；m＝G/g——质量，kg；G为重力，N；g为重力加速速度，m/s²；h为高度；L为航程，水平前进距离；q_h为小时燃料消耗量，kg/h，通常为发动机特性决定，是发动机转速、高度、马赫数的函数，q_h(n，h，M)中n为发动机转速、h为飞行高度、M为马赫数。

现有技术基于以上方程的性能计算方法如下：

1、速度-高度范围计算

速度-高度范围一般表征飞机在半油状态下匀速平飞的高度、速度区间，以速度为横坐标、高度为纵坐标绘制的速度-高度范围边界线称为飞行包线。

飞机匀速平飞，即θ＝0、dV/dt＝0，上述公式简化为

将发动机转速n设置为最大，飞机重量取给定值，在给定高度范围内每一高度上，公式中未知数为迎角α、速度V，两个方程包含两个未知数，通过数值求解方法则可求解。在大速度区间求解的V则为最大飞行速度，在小速度区间求解的V则为最小飞行速度，而在飞机的升限处，最大、最小飞行速度将是一个值。在问题求解高度范围内，所有最大、最小飞行速度构成的包络线则为速度-高度范围。

2、爬升/下降率计算

求解飞机在某一高度、速度、重量下的爬升率时，一般将发动机转速n设置为最大，求解方程的两个未知数α、θ。求解获得θ后，通过V_y＝V·sin(θ)求解爬升率，通过将发动机转速n设置为最小，求解下降率。

3、巡航性能计算

巡航性能一般求解在给定高度、速度、重量下，飞机的飞行航时、航程。通过求解公式中未知数α、n，可获得飞行攻角和发动机转速，求解该状态下发动机耗油率。在巡航起点、终点重量区间内，选取多个重量并求解对应状态下的发动机耗油率，再通过积分公式和求解航时T和航程L。

4、动力学方程求解

通常根据方程形式采取不同的求解方法，如方程是解析形式，则采用解析法进行求解，一般需要运用符号运算，运算复杂且工作量大。而工程上，动力学方程中的气动特性、发动机特性通常是用离散数据描述的，且具有非线性特征，一般采用插值、数值求解算法对动力学方程进行求解。

采用的飞行性能计算方法需要迭代计算，时效性受数值算法、计算机性能、数据量、存储格式因素影响，通常时效性较差；在数值求解时，如初值设置不合理或算法稳定性较差，还可能出现求解发散，导致求解失败。难以适用于对稳定性、时效性要求较高的应用场景。

公开号为CN 109684599A，公开日为2019年04月26日的中国专利文献公开了一种适用于电传飞控直升机的飞行实验数据快速频域辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：