动态缩比无人机的飞行试验方法(大作业)

动态缩比无人机的飞行试验方法
1，动态缩比验证机需要满足的相似准则、意义及主要比例参数。

(1).斯特劳哈尔数：，物理意义是非定常运动惯性力与惯性力之比，Sr是表征流动非定常性的相似准则。

当研究涡街、旋翼、螺旋桨和颤振等时，空气动力现象与周期性运动的频率有关，应保证Sr数相等。

(2).弗劳德数：，物理意义是惯性力与重力之比的平方根，Fr是表征重力对流动影响的相似准则，Fr相等就是重力作用的相似。

当研究运动轨迹时，应保证
Fr数相等。

(3).马赫数：，的物理意义是代表惯性力与弹性力之比，是气体的压缩性对流动影响的度量。

当流速较高时（Ma≥0.4），不能忽略压缩性的影响时，马赫数是一个重要的相似准则。

(4).雷诺数：，物理意义是惯性力与黏性力之比，是表征流体黏性对流动影响的重要相似准则。

但是雷诺数通常很难保证相等，往往需要修正。

(5).普朗特数：，是衡量气体黏性和热传导性相对大小程度的无量纲量。

(6).比热比：，是定压比热与定容比热的比值。

流场相似可以用以下几个比例参数来描述：
几何相似：两个物体对应长度成比例；
运动相似：两个流场对应点的速度方向相同，大小成固定比例；
动力相似：两个流场对应点上作用的各种力所组成的力多边形是几何相似的；
热力学相似：两个流场对应点上温度保持固定比例关系；
质量相似：两个流场对应点上密度保持固定比例关系。

2，失速速度的定义及测量方法。

失速的典型证据是：出现大的、不可控的机头下沉或滚转；或者，出现清晰可辨的丧失操纵、抖动或操纵特性的突然变化。

失速速度即飞机刚刚发生失速时的速度。

空气动力学定义的失速速度是，当飞机达到最大胜利系数时对应的速度，但民用航空手册对失速速度的定义如下所述。

（1）当飞机以最小速度稳定飞行，并伴有以下条件时，用Vso表示真实显
示的飞行速度：
①发动机怠速，油门关闭零推力；
②螺旋桨处于起飞时状态；
③起落架放下；
④襟翼调整到着陆时对应角度；
⑤通风整流片关闭；
⑥着陆时飞机的重心处于最不利的位置；
⑦飞机的重量与Vso对应的计算重量一致。

（2）以Vs1表示飞机真实显示的失速速度，伴有以下条件：
①发动机怠速，油门关闭零推力；
②螺旋桨处于起飞时状态，飞机其他设备（襟翼、起落架等）处于试验中测定的以Vs1飞行时应对应的位置；
③飞机的重量与Vso对应的计算重量一致。

测量方法：
（1）调整升降舵使飞机的速度降低率不超过1mph/s，直到出现不可控的下俯现象致使飞机失速。

失速试验的高度范围为2000~3500米。

首先将飞机调整到所要求的的试验构型，并按照当时的飞机重量选择配平速度。

通常用慢车推力状态，按照估算出的相应构型失速速度的1.3倍的速度配平飞机，然后，通过连续缓慢拉杆使飞机平稳地减速，直至失速。

在机头出现下沉之后，迅速推杆使飞机增速，改出失速，但用力不应过猛。

待速度增大到1.3倍的失速速度后，无需重新配平飞机，就可以以另一个进入率重复进行失速试验。

3，定量评估纵向操纵性的飞行测试方法。

试飞的主要内容是确定飞机的机动点、操纵梯度、操纵位移梯度、舵偏梯度，即单位过载所需要的驾驶杆位移或舵偏角。

经常使用的试飞方法有4种：阶跃法、稳定盘旋、减速转弯和收敛转弯。

阶跃法又称稳定拉起法，即飞机保持定常无倾斜直线飞行，试飞员突然实施俯仰阶跃操纵，在预定达到的法向过载值保持3-5s，通过数据处理，即可得到相关的操纵梯度。

稳定盘旋法是使飞机保持常值飞行速度，保持预定法向过载，完成无侧滑稳定转弯，即稳定盘旋；减速转弯是飞机由允许的最大速度开始，完成法向过载为常值的减速转弯飞行；收敛转弯是保持马赫数不变的绕紧转弯，即飞机滚转的逐步增加，法向过载也逐步增加，直至最大值，可以建立某一马赫数下法向过载与纵向操纵量之间的关系。

阶跃法适用于长周期频率低的状态，稳定盘旋法所得的精度最高，每个稳定盘旋都可以得到一组稳定的法向过载和操纵参数，但耗时较多；而收敛转弯和减速转弯的试飞效率高，但需要注意动态特性影响。

4，飞行品质试验中的典型操纵及其应用
（1）单脉冲操纵
对给定的飞机构型和飞行状态，对纵向、横向、和航向进行脉冲操纵，操纵赋值为1/4、1/2的驾驶杆行程，操纵完成后稳定3-7s。

目的：检查飞机的初始响应和等效延迟时间、检查飞机短周期模态频率和阻尼、参数辨识。

（2）倍脉冲操纵
动作要领和目的与单脉冲操纵相同，只是双向连续操纵。

（3）阶跃操纵
对给定的飞机构型和飞行状态，迅速操纵至指定幅值，并保持3-7s，幅值分别为1/2、1/4和全行程，为保证飞行状态不发生过大变化，对于纵向操纵，可以进行适度反向操纵，然后逆向阶跃操纵。

目的：检查飞机的初始响应和等效延迟时间、检查飞机模态特性、参数辨识、操纵梯度
（4）3211操纵
对给定的飞机构型和飞行状态，采用一组纵向时间序列的阶梯操纵，拉杆
3s，推杆2s，拉杆1s，推杆1s。

目的：参数辨识、检查飞机的初始响应、检查跟随性和稳定性。

（5）正弦扫频
对驾驶杆进行等频或变频操纵。

频率范围为0.2-5Hz。

目的：测量飞机系统的动态品质，包括飞控系统稳定裕度测量、也可以用来进行参数辨识，特别是频域参数辨识。

（6）绕紧转弯
保持马赫数不变，逐步压杆增加滚转角，拉杆到底增加法向过载，直至最大过载和迎角。

目的：验证最大过载和迎角，检查杆力梯度，检查操纵协调性。

（7）减速转弯
保持高度不变，分别以不同发动机状态，减速水平转弯，逐步增加滚转角、拉杆至最大行程。

目的：检查迎角和过载限制器性能，检查随迎角和过载变化的操纵杆力。

（8）迅速进入转弯
对于给定高度、通过油门保持速度不变，迅速进入转弯并拉杆到底，达到最大迎角和法向过载，本试验目的是检查水平机动能力、操纵性好操纵力。

（9）筋斗
在对称平面内拉杆到底并保持，直到俯仰角改变360度。

目的：检查迎角和法向过载限制器，检查纵向机动能力和操纵力。

（10）最大转弯和俯仰组合操纵
快速拉杆后压杆，逐步增加纵向操纵幅值，直至拉杆到底和压杆到底。

目的：检查在纵横向耦合情况下的迎角限制器性能，纵横向操纵协调性，最大操纵力和最大速率，同时检查结构强度和载荷。

（11）加减速飞行
保持高度不变的1g飞行，通过油门加减速平飞，测量杆力和杆位移变化。

目的：检查飞机的速度稳定性。

（12）全滚
目的是检查飞机滚转初始响应，横向等效时间延迟，横向操纵杆力、飞机滚转速率、滚转中的nz、ng和β响应以及恢复品质。

（13）从一侧到另一侧定值滚转，并保持俯仰姿态角不变
目的：检查飞机协调性、横向操纵响应、综合姿态控制能力。

（14）从一侧到另一侧定值滚转，并保持法向过载不变
目的：检查飞机协调性、横向操纵响应、综合姿态控制能力。

（15）协调侧滑
保持高度和速度不变，压杆蹬舵，保持飞机航向不变。

目的：检查飞机纵横航向操纵协调性，检查稳定侧滑品质和侧风着陆修正能力。

（16）拉杆并保持到俯仰角30度
对给定的飞机构型和飞行状态，迅速拉杆至俯仰角30度并保持3-5s。

目的：检查俯仰控制的预测性、稳定性和精确性。

（17）拉杆并保持到俯仰角10度
与上述操纵相同，此时中立位置的非线性影响更显著。

（18）推杆并保持到俯仰角-30度
上述相同，仅方向相反，推杆至俯仰角-30度。

（19）推杆并保持到俯仰角-10度
与上述操纵相同，俯仰角为-10度，重点检查中立位置附近的操纵性。

（20）空/空跟踪
以初始操纵激进和截获后精确的方式跟踪目标。

目标运动规律可以是离散的，也可以是连续的。

目标运动和飞机操纵可以是单自由度，也可以是三自由度。

目的：检查人机闭环飞行品质，操纵协调性和作战效能。

（21）空/地和空/海跟踪
操纵要领与上述相同，目标为地面或海面可视标志。

当目标为缓慢运动或静止不动时，可操纵飞机人为造成较大偏差，然后迅速操纵截获和跟踪保持。

（22）密集编队
指与目标飞机之间最小间隔保持在1-5m范围。

目的与空空、空地跟踪相同，检查人机闭环飞行品质。

（23）空中加油
正式加油之前应与加油机进行密集编队演练，逐步达到实际加油作业。

（24）精确进场/着陆或着舰
首先按照引导的进场航线精确保持下滑轨迹，然后按跑道上划定的着陆标志进行着陆或着舰。

可以故意偏离中心线，然后迅速修正到跑道中心线或指定标志点进行着陆或模拟着舰。

目的：检查进场着陆或着舰的人机闭环飞行品质。