旋翼飞机操纵品质发展及其飞行模拟试验Word文档下载推荐.doc

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同时根据操纵品质的发展现状，参考国外有关资料提出了如何进一步开展地面飞行模拟试验的一些想法。

二、ADS-33系列标准的演变过程

美国军用旋翼机操纵品质要求的发展至今已有56年的历史。

1952年发表了标准的一般要求。

但直至80年代初才基本上只对特定机种的操纵品质提出了要求。

通过82年至84年的讨论、准备和编写才在84年提出规范及其背景资料和使用指南的草稿。

1985年12月才正式出版了ADS-33标准。

该标准开始是适用于轻型直升机。

通过86年政府部门和工业界的评论，至87年ADS-33A才把轻型直升机标准改为通用标准。

至94年ADS-33D标准有了很大的发展，其基本格局和结构大致与现行标准类似。

ADS-33D-PEF至ADS-33E-PEF，美陆军航空系统司令部已宣布为性能规范和试验规范。

2002年ADS-33E-PEF的试验指南（草稿）出版。

从02年至现在该标准又有了新的发展，但还没有了解到这方面的情况。

为了较全面地了解其发展过程，用表格（表1）的形式介绍了标准以及主要背景资料和使用指南的情况。

介绍中还包括垂直/短距起落飞行（V/STOL）的标准。

三、ADS-33E-PEF标准的现状

ADS-33E-PEF标准提出了许多有根据的准则，而且确立了包括操纵品质规范、设计、试验验证和评定的编制原则及内容。

ADS-33E-PEF标准的革新内容主要包括：

a）根据可用于设计的目视感示质量的经验方法。

来确定可用感示环境的要求。

按照试验旋翼机的特性，可应用的任务科目基元（MTE）和目视感示等级（VCR）的差值，通过飞行评定，根据姿态（Attitude）（俯冲，滚转和偏航），水平（侧向—纵向）移动率和垂直移动率，并按好（good），中等（fair）和差（poor）等5个等级，来确定可用感示环境（UCE）的1，2和3等级。

根据这种经验方法也可以作为设计的依据（目视接口的设计依据）。

水平移动率和垂直移动率应该同时满足要求。

b）任务菜单（任务科目基元MTE）对各种直升机类型（侦察、攻击、通用、货运和外吊挂载重构型）都应是适用的。

c）每种任务科目基元的描述足够详细、可用于试飞员正式评定中使用。

每种任务科目基元包括评定任务的目的，所需的机动，合适的试验路线或地面参照（标记）以及期望（满意）而足够的性能标准。

d）按照将会遇到的目视感示环境（可用感示环境）分等级来确定稳定或稳定化的要求。

e）根据可适用的任务科目基元确定操纵和机动要求。

f）规定操纵（频宽）所需短周期响应的新参数。

g）规定所需中、大幅值操纵功率（姿态敏捷）的新参数。

h）在迅猛（急剧）的机动中规定可允许的俯仰——滚转交叉耦合的新参数。

还修改了部分在ADS-33D中的一些不足之处，如操纵器特性中增加了配平的要求。

i）提出多种响应类型的概念，并与飞控系统设计关系紧密。

四、飞行模拟的要求

操纵品质研究的主要工具是地面基飞行模拟器和空中飞行模拟器。

美国陆军航空动力学管理局在NASA艾姆斯研究中心的帮助下利用该研究中心的垂直运动模拟器（VMS），进行必要的数据库的开发。

同时利用加拿大国家研究委员会飞行研究所的Bell205的空中变稳直升机，后来又利用德国飞行力学研究所航空航天实验室的BO105空中变稳直升机。

随着直升机研制和试验的不断发展和直升机模拟器技术的不断改进（包括计算机，视景和建模技术）为航空设计标准（ADS-33系列）的发展提供了技术依据。

1990年10月美国提出了AC120-XX“直升机模拟器鉴定”（草稿）规范至1994年10月正式出版了AC120-63“直升机模拟器鉴定”规范。

我国参考国外的规范也着手制定了相应的规范。

根据我们的分析，AC120-63规范是一个通用的规范，对飞行模拟器研制有明确要求，但没有和飞行任务挂勾，没有体现面向任务的设计意图。

因此在从事飞行模拟器研制和试验时，必须充分了解ADS-33E-PRF标准中的任务菜单——任务科目基元（Mission-Task-Elements）。

该标准共包括23项单元的飞行机动科目，包括目的，机动科目说明，试验路线描述和性能标准。

从飞行模拟的角度对直升机的飞行模拟试验主要取决于视景和飞行操纵动作。

所以应重点考虑四个方面的问题。

a）建模

由于需要完成的飞行试验机动科目较多，建模的工作量和难度明显增加，根据有的资料介绍，旋翼机的计算工作量是固定翼机的20倍，因此不仅是软件问题，而且计算机的内存和速度也必须成倍增加。

b）视景

视景模拟主要分三类：

良好能见度的视景状态，降低能见度的视景状态（不良目视），不用视景系统的状态。

所以对能见度可变的要求很高。

直升机的另一特点是低高度低速飞行要求，包括贴地飞行，因此视景的景深、纹理、细节、高分辨率的视场和稳定性等方面远高于固定翼机飞行的模拟要求。

着落方式和着落区也变化较多。

同时夜间飞行频繁。

c）飞行操纵系统

对飞行操纵系统除了静态参数模拟外，动态参数及其响应包括振荡模态的频率和阻尼，还有轴之间交叉耦合和非线性影响也需要模拟。

训练模拟器的中央操纵机构的模拟可以采用装机件，但工程研究型的模拟器必须配备人感系统。

但不管如何，操纵系统都必须满足精确操纵和迅猛（急剧）操纵的要求，操纵范围包括小幅值和大中幅值。

d）可用的感示环境

试验目视环境主要反映在人机介面上。

包括舱外视景和座舱内部显示，其中座舱显示器的显示及其动态反应应该逼真，并结合ADS-33E-PRF中目视感示评定等级（VCR）和可用感示环境（UCE）的要求，特别是稳定性和快速性的要求，还必须通过飞行员的评定。

最后通过试飞，把地面的预测值和空中的结果进行比较和分析，最后确定等级和可靠性。

飞行模拟器不仅可以进行不同条件和环境下的模拟飞行，预测结果，培训飞行员，而且能为规范的准则发展提供更多的数据。

五、飞行模拟的作用

通过对ADS-33E-PRF标准的学习和分析。

了解到该标准革新的内容很多，在技术上，它大大前进了一步，如图1所示。

ADS-33系列的标准已经从专用标准发展为通用标准。

从设计标准，性能标准发展成试验标准，而且已经提出了试验指南。

但随着旋翼机的发展对侧驾驶杆操纵器的要求；

可变构型旋翼机在旋翼状态和机翼状态之间的转换；

闭环跟踪和PIO特性要求；

风状态分类的不连贯，以及故障模拟内容较少等方面还需进一步的研究和补充。

飞行模拟器要尽可能逼真地复现飞行器的各种性能。

另外可以把下列几个方面作为重点研究和试验的内容。

表1军用旋翼机操纵品质要求——ADS-33的演变过程

年代

规范编写情况

备注

1952.11

MIL-H-8501军用规范：

直升机飞行和地面操纵的一般要求（MilitarySpecification,HelicopterFlyingandGroundHandlingQualities,GeneralRequirementsfor）

对稳定性、操纵性功率和阻尼用相当简单的时间响应要求，并用重量和惯量说明（第一个直升机的飞行和地面操纵品质规范）

1954

首架可变构型的垂直/短距起落飞机飞行（Thefirstvariableconfigurationvertical/shorttakeoffandlanding（V/STOL）aircraftflew）

“V/STOL：

TheFirstHalf-Century，”Vertiflite（Hirschberg编写）

1961.9

MIL-H-8501A军用规范：

替代MIL-H-8501，它是58年850版的修改版。

包括简单的时间域参数，如对速度的杆力和杆位移梯度，振荡模态的阻尼，法向加速度对阶跃输入的响应，俯仰角对操纵行程的响应，都是重量的函数。

白天目视飞行规则和夜间仪表飞行规则要求不同，但没有考虑低能见度条件。

存在基本结构方面的问题：

如飞行品质，飞行包线和可靠性的系统等级的处理，也没有提出高耦合模态特性及严重的交叉耦合和非线性。

1962.4

MIL-H-8501A增加修改单1

1962.10

AGARDRept408：

垂直/短距起落飞机操纵品质建议（RecommendationsforV/STOLHandlingQualities）

较基本的操稳设计准则

1969.4

NASATND-5153驾驶员评分等级在飞机操纵品质评定中的使用（TheuseofpilotratingintheEvaluationofAircraftHandlingQualities）

Cooper.G.E和Harper，R，P.Jr著

1970.12

MIL-F-83300：

军用规范，有人驾驶垂直和短距起落飞机的飞行品质（MilitarySpecification,FlyingQualitiesofPilotedV/STOLAircraft）

美国空军对垂直起落飞机，包括直升机正式采用MIL-F-83300，而陆军和海军继续采用MIL-H-8501A至1995年。

该规范在形式和结构上以及许多要求采取的参数与8785B相近。

明确说明悬停和低速飞行至35kt，前飞或过渡区在35kt和Vcon之间。

1971.5

AFFDL-TR-70-88：

MIL-F-83300军用规范—有人驾驶垂直/短距起落飞机的飞行品质的背景资料和用户指南（BackgroundInformationandUserGuideforMIL-F-83300,’MilitarySpecification-FlyingQualitiesofPilotedV/STOLAircraft’.）

1971.12

SpecificationAMC-SS-2222-01000：

通用战术运输机系统的系统规范，附录Ⅰ飞行和地面操纵品质。

（SystemsSpecificationforUTTAS,AppendixⅠFlyingandGroundHandlingQualutilies）

美国陆军和海军在UH-60和AH-64的研制中和SH-2，SH-60和CH-53采购中仍以8501A为依据。

1973

AGARDReptNo577：

对垂直/短距起落飞机的操纵品质用文件提出新建议（UpdategRe