民用飞机高原风场进近驾驶行为变化对失控趋势的影响

发布时间：2020-01-26 00:50

【摘要】：高原机场运行安全性是颇具中国特色的飞行安全研究领域。在高原机场终端区,飞机的飞行性能下降,如果遭遇大风等不利天气条件,不安全事件的发生概率增加,其中飞行失控(LoC)是重要的潜在威胁类型。为了分析风场飞行的失控机理并研究高原环境中驾驶员生理变化对LoC趋势的影响,对高原机场终端区驾驶员的操纵行为进行参数化表征,模拟了高原环境对于驾驶行为的可能影响,并结合高原特征风场模型,通过数值仿真分析穿越风场飞行时失控风险的变化趋势。仿真结果表明:危险的山谷风和突风是导致LoC的重要诱因,高原环境中驾驶员生理心理的恶化也会增加LoC的危险,不合适的增益、过大的延迟和滞后都会导致飞机的失控。如果能够对驾驶员进行有针对性的训练,降低应对风扰动出现时的操纵增益波动,并保持适当紧张状态以尽量降低操纵延迟,将有利于应对风扰动,并保持完成飞行任务的能力。
【图文】：

＝０．４９。设计突风速度为Ｕｄｓ＝ＵｒｅｆＦｇＨ（）３５０１６（７）根据九黄机场的航空气象特点，突风多出现在近地高度，因此将突风位置设定为距跑道尽头航向距离１ｋｍ，地面高度１００ｍ。２．４高原风场综合模型２．１节～２．３节中的三种实测和典型模型数据，分别代表了大、中、小不同空间尺度的风场分布，将其风场数据进行线性叠加，其结果可以代表飞机进近航路上所遭遇的大气扰动，可以作为高原风场的综合模型。预定进近航路Ｌｐａｔｈ上的风速分布如图１所示，图中给出了沿飞行航迹地面投影的前向风速ｕｗ、侧向风速ｖｗ、垂向风速ｗｗ以及进近过程飞行高度变化的影响，一并折合成随飞过距离的变化，取紊流强度为强烈级别，在航路靠近跑道位置遭遇中频突风。图１预定进近航路上的风速分布Ｆｉｇ．１Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｐｌａｎｎｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｐａｔｈ在图１中，三轴风速的平均变化趋势所反映的是机场周边大尺度风场的风速大小和方向的变化；航路上３ｋｍ位置开始的风速尖峰代表了一次典型的中尺度突风扰动；另外，全程覆盖的微小尺度风速振荡表征了进近航路上的紊流风常３驾驶员操纵飞机穿越高原风场进近的失控趋势分析以建立的典型高原运行飞机模型为例，从海拔３．７ｋｍ处平飞开始，转入３°下滑角的进近下滑，在建立的综合风场中进行飞行仿真。失控趋势从是否出现气流角超限、姿态角超限、结构受载超限以及操纵超限等方面进行判定，分别建立对应的限制包线进行描述。其中气流角超限和姿态角超限可以直接对相关角度进行观察。结构受载需要与飞行

１７８０航空学报Ｊｕｎ．２５２０１５Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．６图２动力学俯仰／滚转控制包线Ｆｉｇ．２Ｄｙｎａｍｉｃｐｉｔｃｈ／ｒｏｌｌｃｏｎｔｒｏｌｅｎｖｅｌｏｐｅ在Ⅰ和Ⅲ象限，飞机的响应是正常的操纵策略，只要不超出操纵系统设计边界的状况，都是可以接受的；在Ⅱ和Ⅳ象限，表明飞行员的操纵与飞机的姿态变化趋势是相抗拒的。一般而言，错误的操纵方向、水平安定面配平失误、机械故障或者驾驶员诱发振荡（ＰｉｌｏｔＩｎｄｕｃｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ＰＩＯ）大都会发生在Ⅱ和Ⅳ象限，而过量的俯仰操纵输入导致的危险大多出现在Ⅰ和Ⅲ象限。以上几种失控趋势的超限情况相结合，，可以用于描述和判定在风场作用下进近飞行的失控趋势。示例飞机的具体边界参数设定参见表１。３．１风场进近飞行的基本失控趋势在设定的进近飞行任务中，驾驶员维持无风时的熟练操纵行为特征（表２中的Ｐ２模式）不变，如果遭遇了典型高原风场扰动，飞行过程中操纵和响应参数相对于预定边界的特征如图３所示，飞行轨迹如图４所示，其中按照飞行是否超出气流角包线、姿态包线、速度包线和控制包线等来判定飞行失控趋势，如果有超过（含）３组曲线超限，可以认为进入严重失控状态［３０］。作为对比，图３中也显示了驾驶员不进行修正的开环飞行仿真结果。由图可以看到，驾驶员不进行修正时（如图３（ｄ）和图３（ｅ）中开环状态无操纵指令），运动参数偏差较大（如图３（ａ）、图３（ｂ）和图３（ｃ）以及图４）。图３开／闭环飞行失控（ＬｏＣ）包线对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉ

【参考文献】

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