[发明专利]一种机翼/平尾冰形调控优化方法、系统、设备及介质

说明书

本发明公开了一种机翼/平尾冰形调控优化方法、系统、设备及介质，S1，获取机翼/平尾不同调控冰形下的气动数据；S2，根据气动数据计算并量化动力学安全边界，得到不同调控冰形下的动力学安全边界量化指标；S3，选择动力学安全边界量化指标中的最大值来布置防/除冰装置。能够为优化机翼/平尾防除冰装置布置提供技术支撑，进而提升飞行安全。

技术领域

本发明属于飞行安全领域，涉及一种机翼/平尾冰形调控优化方法、系统、设备及介质。

背景技术

机翼/平尾结冰会破坏机体表面的绕流场，改变飞机的气动力特性，导致升力减小、阻力增加，进而减小飞机的失速迎角，增大失速速度，给飞行带来较大的安全隐患。此外，结冰也会对飞机操稳特性造成严重影响，轻则使驾驶员的安全操纵范围缩小，飞机飞行品质降低，重则导致飞机失控，造成严重的飞行事故。另一方面，我国幅员辽阔，地形复杂，气候变化多样，极端天气频发，广泛存在着结冰气象条件。从结冰事故分析报告中我们可以发现一个共性：结冰后飞机的安全飞行边界缩小，飞行状态超出了安全边界后导致飞机失控。为了解决结冰问题，目前航空界主要做了两方面的努力，一是在飞机上安装防/除冰装置，二是从飞行动力学控制的角度揭示飞机结冰的事故发生机理。上述两种方法都取得了一定的效果，但都没有从动力学的角度量化飞行风险。

由于功耗限制，现代飞机安装的防/除冰装置只能在部分敏感区域如机翼、尾翼前沿、机体表面传感器等部位进行防/除冰处理，防/除冰范围有限，通常无法将积冰完全除尽，且除冰后液态水可能再次凝结形成冰脊，实际飞行过程中仍无法避免带冰飞行。相关研究发现，机翼/平尾不同位置结冰对气动特性的影响也不尽相同。但目前暂未有人对于积冰未除尽情形下飞机带冰飞行时的飞行动力学特性和安全进行研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种机翼/平尾冰形调控优化方法、系统、设备及介质，能够优化飞机在机翼/平尾的防/除冰装置的布局，提升飞行安全。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种机翼/平尾冰形调控优化方法，包括以下过程：

S1，获取机翼/平尾不同调控冰形下的气动数据；

S2，根据气动数据计算并量化动力学安全边界，得到不同调控冰形下的动力学安全边界量化指标；

S3，选择动力学安全边界量化指标中的最大值来布置防/除冰装置。

优选的，S1中，利用风洞试验和CFD数值仿真手段获取机翼/平尾不同调控冰形下的气动数据。

优选的，S2中，通过飞机纵向动力学模型计算动力学安全边界，飞机纵向动力学模型为：

其中，飞机的升阻力和俯仰力矩为：

式中，L为升力；D为阻力；M为俯仰力矩；m为质量；α为迎角，θ为俯仰角，q为俯仰角速度；ρ为大气密度；S_ref为机翼参考面积；J_y为飞机纵向转动惯量；M_y为纵轴力矩；g为重力加速度；C_L为纵向通道的升力系数、C_D为纵向通道的阻力系数、C_M为纵向通道的俯仰力矩系数。

优选的，计算动力学安全边界的过程为：首先建立非线性系统，在该系统中基于最大可控不变集理论确定飞机未结冰时、结冰后和冰形调控后的动力学安全边界。

进一步，动力学安全边界为：