一种水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法与流程

1.本发明属于到水面飞行器水面起降操纵技术领域，具体涉及一种水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法。


背景技术：

2.水陆两栖飞机在水面上起降时，俯仰姿态角处在某一范围内时飞机才能稳定滑行，即水陆两栖飞机存在纵向姿态角存在稳定边界，当飞机的俯仰姿态角超出稳定边界时会发生海豚运动、跳跃运动等不稳定运动现象，危及起飞安全。由于水面属于软支撑，飞机离水前的纵倾角随速度、升降舵偏角、水面条件一直发生变化，特别时在波浪水面上起降时，飞机的纵倾角呈现一定幅值、一定周期的波动特征，飞机的纵向运动稳定性变得更加复杂。
3.飞机在静水面上起飞滑行时，只要飞机的俯仰姿态角处在稳定边界范围内，飞机均能保持稳定滑行直至起飞。当飞机的水面滑行纵倾角处在稳定边界范围内时，飞机受到扰动后，飞机具有自稳的特性，即干扰消失后飞机在几个震荡周期内俯仰姿态角收敛到受干扰前的状态，研究表明，即使是干扰姿态很大，致使飞机纵倾角短暂的超出稳定边界，飞机的纵倾角也能在几个振荡周期内收敛到受干扰前的状态。但当飞机的水面滑行纵倾角在稳定边界上或者稳定边界外时，飞机要么产生自发的不稳定运动，要么受到干扰后产生不稳定运动。
4.当飞机在水面上降落时，飞机的滑行稳定特性与起飞稳定特性类似。但飞机降落后应尽可能较快的降低飞机速度，同时避免风、浪对飞机的干扰。研究表明，飞机以较小姿态滑行时的安全性比以较大姿态滑行的安全性较差，原因在于当飞机的俯仰姿态角较小时，飞机船体前部分参与滑水的面积增加，即船体浸湿面积作用中心前移，超过一定极限时，作用中心前移至重心之前，当飞机受到干扰后水动力形成偏航力矩，甚至引起滚转，从而影响飞机的运动安全。但飞机以较大俯仰姿态角运动时船体浸湿面积作用重心后移，有利于增强飞机的运动稳定性。因此，从运动安全性的角度考虑，飞机着水后以较大的俯仰姿态角作减速运动是一种更加安全的着水操纵方法。
5.当水陆两栖飞机在波浪水上运动时，受波浪的扰动影响，飞机的俯仰姿态角以一定幅值、一定周期的特性震荡，幅值和周期受到波高、波长、速度的影响。当飞机的俯仰姿态角震荡幅值大于稳定范围时，会出现俯仰角超出稳定边界的情况，但是否出现不稳定运动，与飞机在该构型下、静水面的滑行姿态角(即飞机以该速度、该升降舵偏角滑行时的俯仰姿态角，称为初始俯仰姿态角)有关。
6.目前，现有技术虽然已建立了怎样保持水陆两栖飞机在起降过程中姿态的控制方法，但没有讲明在起飞、降落过程中不同阶段应将姿态角、操纵翼面如何控制，因此对飞行器起降操纵指导性不够，容易出现水面起降危险。


技术实现要素：

7.本发明目的是：提供了一种可以有效降低干扰，提高水陆两栖飞机水面起降性能，增强飞行安全性的操纵方法。
8.本发明的技术方案：水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，通过试飞，确定飞机在不同速度下以中位纵倾角滑行时对应的升降舵偏角，起飞控制时，利用试飞速度、中位纵倾角及其对应的升降舵偏对应关系，分别绘制飞机在起飞过程中升降舵控制率曲线，得到飞机在静水面、波浪水面起飞过程中飞机升降舵控制率；着水控制时，在飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于最大可用舵偏角组合中的最小值状态，直到飞机在水面减速完成为止。
9.确定飞机在不同速度下以中位纵倾角通过试飞确定该速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
、最小纵倾角α
min
后计算获得，
10.αaven＝(αmax+αmin)/2。
11.通过静水面等速滑行试飞，在飞机阻力峰对应的速度v
hump
和飞机离水速度v
gw
之间，近似等间距选择若干速度点，使飞机依次以恒定的速度匀速运动，通过调整飞机的升降舵，改变飞机的滑水角度，确定飞机在这些速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
、最小纵倾角α
min
。
12.当飞机不会出现跳跃运动的最大速度为该纵倾角为该速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
，当纵倾角减小至飞机会出现海豚运动时，该纵倾角为该速度下能稳定滑行的最小纵倾角α
min
。
13.在起飞过程中，飞机速度未达到v
hump
前，飞行员保持升降舵不便，专注于保持油门杆使飞机加速，直至速度达到v
hump
。
14.在起飞过程中，到达v
hump
后，飞行员逐步操纵升降舵偏角，在速度1、速度2、速度3、速度4、
…
、速度n时分别保持升降舵偏转角度为δ1、δ2、δ3、δ4、
…
、δn，直至飞机速度达到v
gw
离水起飞。
15.飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于δmin状态，以固定的升降舵偏角操纵飞机，直到飞机在水面减速完成为止。
16.δmin为利用飞机在不同速度下最大安全滑行纵倾角和对应的升降度偏角，取δmax1、δmax2、δmax3、
…
、δmaxn中的最小值。
17.本发明的技术效果是：本发明阐述了确定飞机起飞、降落不同阶段操纵翼面偏角、姿态角保持范围或者确切值的方法，可以指导飞行员在水陆两栖飞机在静水面、波浪水面的起降操纵，指导设计人员制定水陆两栖飞机在静水面、波浪水面起降操纵程序，有效解决水陆两栖飞机在起飞、着水降落过程中，由于水面波浪影响，对飞机起降带来的干扰而造成的不稳定影响，提高起降安全性，对设计人员编制飞机使用手册和飞行员操纵飞机具有很好的指导意义。
附图说明
18.图1是中位纵倾角的确定方法示意图；
19.图2是静水面、波浪水面起飞过程中升降舵操纵控制律示意图；
20.图3静水面、波浪水面着水过程中升降舵操纵控制律示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法通过试飞，确定飞机在不同速度下以中位纵倾角滑行时对应的升降舵偏角，起飞控制时，利用试飞速度、中位纵倾角及其对应的升降舵偏对应关系，分别绘制飞机在起飞过程中升降舵控制率曲线，得到飞机在静水面、波浪水面起飞过程中飞机升降舵控制率；着水控制时，在飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于最大可用舵偏角组合中的最小值状态，直到飞机在水面减速完成为止。从而在起飞、降落过程中不同阶段有效精确控制姿态角、操纵翼面，实现对水陆两栖飞行器起降操纵的有效指导，提高水面起降的安全性。
23.本发明水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其具体实施过程如下：
24.(1)首先开展实机静水面等速滑行试飞，在飞机阻力峰对应的速度v
hump
和飞机离水速度v
gw
之间，近似等间距选择n(n》5)个速度点，使飞机依次以恒定的速度匀速运动，通过调整飞机的升降舵，改变飞机的滑水角度，确定飞机在这些速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
、最小纵倾角α
min
(见表1所示)，并确定飞机以最大纵倾角滑行时升降舵的偏转角度，给出如表2所示。判定能稳定滑行最大纵倾角α
max
的依据是：飞机以该纵倾角滑行时不会出现跳跃运动，但当姿态大于α
max
时，飞机会出现跳跃运动。判定能安全滑行最小纵倾角α
min
的依据是：当飞机以该纵倾角滑行时不会出现海豚运动，但当姿态角小于α
min
时飞机会出现海豚运动。
25.表1飞机稳定滑行最大和最小纵倾角试飞表
26.速度v
hump
速度1速度2速度3速度4
…
速度nv
gw
最大纵倾角—αmax1αmax2αmax3αmax4
…
αmaxn—最小纵倾角—αmin1αmin2αmin3αmin4
…
αminn—
27.表2最大稳定滑行纵倾角对应升降舵偏试飞表
28.速度v
hump
速度1速度2速度3速度4
…
速度nv
gw
最大纵倾角—αmax1αmax2αmax3αmax4
…
αmaxn—对应升降舵偏角—δmax1δmax2δmax3δmax4
…
δmaxn—
29.(2)计算飞机能安全滑行最大纵倾角αmax、最小纵倾角αmin的平均值αave(称为中位纵倾角)，见图1，其是α
max
、α
min
、中位纵倾角的确定方法示意图，中位纵倾角的计算方法为:
30.αaven＝(αmax+αmin)/2
31.中位纵倾角是飞机稳定滑行范围的中间位置，中位纵倾角到上稳定边界、下稳定边界的范围相当。当飞机以中位纵倾角滑行时，无论飞机受到抬头力矩干扰后姿态角增大，或者受到低头力矩后姿态角减小，到稳定边界都具有相同的稳定裕度。由于飞机在水面上滑行时受到低头力矩干扰还是抬头力矩干扰是随机的，因此，飞机以中位纵倾角滑行能确保飞机具有最优的抗干扰能力。
32.通过试飞，使飞机匀速运动，记录飞机的升降舵偏角和飞机对应的纵倾角度，得到
飞机在不同速度下以中位纵倾角滑行时对应的升降舵偏角δ，见表3所示。
33.表3中位纵倾角对应升降舵偏试飞表
[0034][0035]
(3)起飞时纵向操纵方法的确定
[0036]
利用试飞速度、中位纵倾角及其对应的升降舵偏对应关系，分别绘制飞机在起飞过程中升降舵控制率曲线，得到飞机在静水面、波浪水面起飞过程中飞机升降舵控制率，即：在起飞过程中，在飞机速度达到v
hump
前，由于飞机的纵倾角主要受到水动力的影响，升降舵面对纵倾角的影响作用很弱，此时飞行员可不操纵升降舵，专注于保持油门杆使飞机加速。到达v
hump
后，飞行员逐步操纵升降舵偏角，在速度1、速度2、速度3、速度4、
…
、速度n时分别保持升降舵偏转角度为δ1、δ2、δ3、δ4、
…
、δn，直至飞机速度达到v
gw
离水起飞，请参阅图2。
[0037]
该操纵方法的优点在于，在速度小于vhump时，飞行员可专注于使飞机加速，当速度达到vhump时飞行员按表3所示的规律操纵升降舵，使飞机以中位纵倾角滑行，提升飞机起飞过程中对环境的适应能力，提升飞机的抗干扰能力。
[0038]
(4)着水控制
[0039]
参考表2，利用飞机在不同速度下最大安全滑行纵倾角和对应的升降度偏角，取δmax1、δmax2、δmax3、
…
、δmaxn中的最小值，记为δmin，得到飞机在静水面、波浪水面着水过程中升降舵控制率，即：飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于δmin状态，直到飞机在水面减速完成为止(速度小于3节)，见图3。在着水过程中，不需要飞行员在起飞过程中那样对不同速度下保持不同的升降舵偏角，飞行员以固定的升降舵偏角操纵飞机，使飞机以较大的纵倾角稳定滑行。这样的技术优点在于：一是减轻飞行员的操纵负担，二是飞机以较大姿态角滑行时，水动力作用点位置靠后，此时的航向抗干扰能力要比飞机以较小纵倾角滑行时的航向抗干扰能力要强。
[0040]
通过该发明，可以指导飞行员在水陆两栖飞机在静水面、波浪水面的起降操纵，或指导设计人员制定水陆两栖飞机在静水面、波浪水面起降操纵程序。
[0041]
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，通过试飞，确定飞机在不同速度下以中位纵倾角滑行时对应的升降舵偏角，起飞控制时，利用试飞速度、中位纵倾角及其对应的升降舵偏对应关系，分别绘制飞机在起飞过程中升降舵控制率曲线，得到飞机在静水面、波浪水面起飞过程中飞机升降舵控制率；着水控制时，在飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于最大可用舵偏角组合中的最小值状态，直到飞机在水面减速完成为止。2.根据权利要求1所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，确定飞机在不同速度下以中位纵倾角通过试飞确定该速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
、最小纵倾角α
min
后计算获得，αaven＝(αmax+αmin)/2。3.根据权利要求2所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，通过静水面等速滑行试飞，在飞机阻力峰对应的速度v
hump
和飞机离水速度v
gw
之间，近似等间距选择若干速度点，使飞机依次以恒定的速度匀速运动，通过调整飞机的升降舵，改变飞机的滑水角度，确定飞机在这些速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
、最小纵倾角α
min
。4.根据权利要求3所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，当飞机不会出现跳跃运动的最大速度为该纵倾角为该速度下能稳定滑行的最大纵倾角α
max
，当纵倾角减小至飞机会出现海豚运动时，该纵倾角为该速度下能稳定滑行的最小纵倾角α
min
。5.根据权利要求4所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，在起飞过程中，飞机速度未达到v
hump
前，飞行员保持升降舵不便，专注于保持油门杆使飞机加速，直至速度达到v
hump
。6.根据权利要求5所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，在起飞过程中，到达v
hump
后，飞行员逐步操纵升降舵偏角，在速度1、速度2、速度3、速度4、
…
、速度n时分别保持升降舵偏转角度为δ1、δ2、δ3、δ4、
…
、δn，直至飞机速度达到v
gw
离水起飞。7.根据权利要求1所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于δmin状态，以固定的升降舵偏角操纵飞机，直到飞机在水面减速完成为止。8.根据权利要求7所述的水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法，其特征在于，其中，δmin为利用飞机在不同速度下最大安全滑行纵倾角和对应的升降度偏角，取δmax1、δmax2、δmax3、
…
、δmaxn中的最小值。

技术总结
本发明属于到水面飞行器水面起降操纵技术领域，具体涉及一种水陆两栖飞机水面起降纵向操纵方法。本发明通过试飞，确定飞机在不同速度下以中位纵倾角滑行时对应的升降舵偏角，起飞控制时，利用试飞速度、中位纵倾角及其对应的升降舵偏对应关系，分别绘制飞机在起飞过程中升降舵控制率曲线，得到飞机在静水面、波浪水面起飞过程中飞机升降舵控制率；着水控制时，在飞机接水后，飞行员逐步带杆，使升降舵偏角处于最大可用舵偏角组合中的最小值状态，直到飞机在水面减速完成为止。本发明有效解决水陆两栖飞机在起飞、着水降落过程中，由于水面波浪影响，对飞机起降带来的干扰而造成的不稳定影响，提高起降安全性。提高起降安全性。提高起降安全性。


技术研发人员：黄淼 曹楷 吴彬 高现娇 李成华 江婷
受保护的技术使用者：中国特种飞行器研究所
技术研发日：2022.11.27
技术公布日：2023/4/17