● 摘要
作为长期困扰民用航空界的气象安全问题，积冰对飞机飞行安全有着不可忽视的威胁，伴随着航空技术的不断发展，飞机积冰问题受到人们日益增加的重视，对飞机积冰问题的研究也逐渐深入与全面。本文以深入认识积冰对飞机飞行特性的影响为目标，开展的相关研究工作可以归纳为以下几个方面：1、研究积冰对飞机纵向气动参数的影响。将动力学系统辨识的理论和方法应用于飞机积冰问题，基于最大似然参数估计方法，构建了用于辨识飞机纵向气动参数的参数估计系统；在验证了参数估计程序的正确性之后，将其应用于飞机积冰问题的研究；通过对未积冰、平尾积冰以及多翼面积冰等几种典型积冰情况飞机的气动参数辨识，定量研究分析了积冰对飞机纵向气动参数的影响。基于较为简单的CFD计算以及用于计算飞机动导数的窄条理论方法，提出一种计算积冰飞机纵向气动导数的工程估算方法；通过一定积冰情况下与相应辨识结果的对比，验证了该方法的有效性；利用该估算方法可以在已知飞机基本构型、未积冰飞机纵向气动导数和积冰飞机冰型的基础上，估算积冰飞机的纵向气动导数。该方法计算过程简单，并且具有较大的适用范围，具有一定的工程应用价值。2、研究积冰对飞机飞行特性的影响。利用前人提出的积冰程度参数方法描述积冰对飞机气动参数的影响，分别基于小扰动飞行力学模型和非线性六自由度飞机动力学模型，对积冰飞机的稳定性、配平操纵以及操纵响应等进行了全面的计算以及仿真研究，通过与未积冰飞机的对比，系统的分析了积冰对飞机稳定性和操纵性的影响。建立了随积冰程度而改变的时变飞机动力学模型，并针对飞机开环状态和高度保持模式、滚转角保持模式两种自动驾驶状态，对飞机在几种积冰遭遇情况下的飞行特性进行了仿真研究。针对左右机翼飞机不对称积冰的情况，提出了一种估算不对称积冰对飞机气动特性影响的方法，将其时变模型引入飞机开环和闭环仿真系统，对飞机遭遇不对称积冰的情况进行了开环和闭环的仿真研究及分析。3、设计积冰飞机包线保护系统。针对积冰给飞机带来的失速迎角减小、失速风险增大的威胁，参考前人的风洞实验数据，提出了一种估算飞机失速迎角的估算方法；设计了以飞机失速迎角为限制参数的积冰飞机包线保护系统，包括开环包线保护系统以及分别基于飞机俯仰角保持模式和高度保持模式的闭环包线保护系统，并通过算例仿真对开环和闭环包线保护系统的有效性进行了验证。