基于工程模擬器的民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估研究

吳勝亮

摘 要：分析飛行員在環(huán)試驗(yàn)對(duì)工模軟硬件仿真度的技術(shù)要求，提出將適航條款中有關(guān)飛行品質(zhì)的定性要求轉(zhuǎn)化為可量化計(jì)算指標(biāo)的思路，研究采用定性分析和定量分析對(duì)基于工程模擬器的民機(jī)飛行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)估的方法，以便在民機(jī)設(shè)計(jì)過程中即可進(jìn)行飛行品質(zhì)的預(yù)測和評(píng)估，保證滿足適航要求。以縱向操縱-速度恢復(fù)試驗(yàn)科目為例，詳細(xì)介紹飛行品質(zhì)評(píng)估試驗(yàn)的過程及采用定性分析和定量分析對(duì)飛行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)估的方法，對(duì)飛行品質(zhì)評(píng)估時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析，供相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：飛行品質(zhì)；民用飛機(jī)；定性分析；定量分析；工程模擬

DOI：10.11907/rjdk.172422

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2018）005-0157-05

Abstract：The technical requirements of fidelity of engineering simulator hardware and software for pilots in the loop test were analyzed. The idea of transforming qualitative requirements of relevant airworthiness terms into quantitative calculation was proposed. The method of using qualitative analysis and quantitative analysis to evaluate handling quality of civil aircraft based on engineering simulator was studied so that we can predict and evaluate handling quality in the process of civil aircraft design in order to meet the requirements of airworthiness terms. Taking the test item of longitudinal control for speed recover as an example， the paper introduced the procedure of handling quality test， the method of using qualitative analysis and quantitative analysis to evaluate handling quality. Some key issues of handling quality evaluation were summarized and analyzed so as to offer reference for other relevant engineers and designers when necessary.

Key Words：handling quality；civil aircraft； qualitative analysis ； quantitative analysis； engineering simulator

0 引言

飛行品質(zhì)貫穿于飛機(jī)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)以及執(zhí)行任務(wù)的全過程，是飛機(jī)設(shè)計(jì)、特別是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。飛行品質(zhì)是飛機(jī)質(zhì)量至關(guān)重要的組成部分，在很大程度上決定了人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作的協(xié)調(diào)性，對(duì)飛行安全和完成飛行任務(wù)具有決定性作用。對(duì)飛行品質(zhì)的評(píng)價(jià)，最終是通過飛行員根據(jù)執(zhí)行各種任務(wù)時(shí)的感受和主觀體會(huì)形成。好的飛行品質(zhì)，飛行員評(píng)價(jià)為“有效”、“安全”、“好飛”?！坝行А敝革w機(jī)快速準(zhǔn)確地響應(yīng)飛行員的指令，能有效跟蹤和控制飛行軌跡；“安全”指飛行中沒有威脅飛行安全的現(xiàn)象出現(xiàn)，飛行員做動(dòng)作很放心；“好飛”指飛行時(shí)不易疲勞，節(jié)省體力和腦力?？傊患茱w機(jī)如果連飛行員都是滿意的，那么其飛行品質(zhì)應(yīng)該是良好的[1]。

民機(jī)控制律功能的測試、結(jié)合控制律的飛行品質(zhì)評(píng)估是飛機(jī)研發(fā)、驗(yàn)證過程中的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于采用復(fù)雜閉環(huán)控制律的飛機(jī)，其動(dòng)力學(xué)特性往往與經(jīng)典形式有較大差異，單靠桌面仿真分析不足以判斷飛機(jī)的飛行品質(zhì)是否達(dá)到預(yù)期，需要通過飛行員在環(huán)飛行品質(zhì)和控制律評(píng)估試驗(yàn)，由飛行員參與實(shí)時(shí)操縱，形成一個(gè)閉環(huán)的人機(jī)交互系統(tǒng)，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和飛行員評(píng)語對(duì)飛行品質(zhì)加以驗(yàn)證，以降低控制律研制風(fēng)險(xiǎn)。工程模擬器試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證所有控制律（正常、輔助、直接控制律）的功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。飛行員對(duì)控制律和飛行品質(zhì)的評(píng)估意見將反饋回控制律的設(shè)計(jì)，以便做進(jìn)一步的優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員不斷對(duì)控制律進(jìn)行迭代優(yōu)化，設(shè)計(jì)出優(yōu)良的控制律，從而獲得良好的飛行品質(zhì)。

本文從在工程模擬器上開展飛行品質(zhì)評(píng)估角度出發(fā)，首先分析飛行員在環(huán)試驗(yàn)中對(duì)工模軟硬件仿真度的技術(shù)要求，其次提出將適航性條例中有關(guān)飛行品質(zhì)的定性要求轉(zhuǎn)化為可量化計(jì)算的指標(biāo)的思路，并研究采用定性分析和定量分析對(duì)基于工程模擬器的民機(jī)飛行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)估的方法；接著以縱向操縱-速度恢復(fù)試驗(yàn)科目為例，詳細(xì)介紹飛行品質(zhì)評(píng)估試驗(yàn)的過程，以及采用定性分析和定量分析對(duì)飛行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)估的方法；最后對(duì)飛行品質(zhì)評(píng)估時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 評(píng)估試驗(yàn)對(duì)工模軟硬件仿真度的技術(shù)要求分析

1.1 飛行仿真系統(tǒng)軟件

飛行仿真系統(tǒng)軟件包括與控制律設(shè)計(jì)和飛行品質(zhì)評(píng)估試驗(yàn)密切相關(guān)的飛機(jī)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、氣動(dòng)力數(shù)據(jù)庫、質(zhì)量特性數(shù)據(jù)庫和地面控制模塊，通過數(shù)學(xué)模型解算飛機(jī)在地面和空中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需考慮地面效應(yīng)的影響、收放機(jī)構(gòu)（如起落架、襟縫翼等）和剎車機(jī)構(gòu)的作用對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響，仿真結(jié)果要盡可能準(zhǔn)確地反映飛機(jī)的實(shí)際響應(yīng)特性。

1.2 機(jī)載系統(tǒng)仿真軟件

機(jī)載系統(tǒng)仿真軟件包括飛控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)等仿真軟件，各系統(tǒng)仿真軟件模擬實(shí)現(xiàn)的功能和性能應(yīng)與實(shí)際飛機(jī)真實(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)一致或存在差異的部分不影響對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析。

為了準(zhǔn)確地建立反映飛機(jī)實(shí)際系統(tǒng)功能的各系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，各系統(tǒng)機(jī)載供應(yīng)商必須提供能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)功能和特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，或采用Re-host方式實(shí)現(xiàn)機(jī)載軟件在一般工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上的加載運(yùn)行。

1.3 駕駛艙環(huán)境模擬

為了使飛行員對(duì)控制律設(shè)計(jì)和飛行品質(zhì)評(píng)估的結(jié)果更為有效，駕駛艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)要盡量與所評(píng)飛機(jī)的狀態(tài)保持一致；駕駛艙仿真設(shè)備的外形、尺寸、材質(zhì)以及駕駛艙的布置要與所評(píng)飛機(jī)的狀態(tài)盡可能保持一致；駕駛艙照明和調(diào)光盡量要與所評(píng)飛機(jī)的狀態(tài)保持一致；仿真駕駛艙系統(tǒng)的眼位設(shè)計(jì)安裝，需保證駕駛艙和視景系統(tǒng)理論眼位重合，即視景系統(tǒng)的眼位與飛行員眼位要保持一致。

如果條件允許，駕駛艙內(nèi)各設(shè)備可以使用所評(píng)飛機(jī)的真實(shí)試驗(yàn)件，以增強(qiáng)飛行員評(píng)估意見的準(zhǔn)確性。

1.4 時(shí)間延遲特性模擬

現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)的時(shí)間延遲源于數(shù)字計(jì)算機(jī)的采樣及處理運(yùn)算、系統(tǒng)濾波、速率限制等因素。模擬器整機(jī)綜合后的時(shí)間延遲指標(biāo)過快或過慢都會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果直接產(chǎn)生影響，因此各仿真系統(tǒng)在建模時(shí)要充分考慮所評(píng)飛機(jī)的各相關(guān)系統(tǒng)的延遲指標(biāo)，并按照所評(píng)飛機(jī)的實(shí)際延遲特性進(jìn)行系統(tǒng)建模。民用飛機(jī)工程模擬器的系統(tǒng)傳輸延遲指標(biāo)可參考《飛行模擬器設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則（CCAR60）》附件1第60.A.1.3條關(guān)于D級(jí)模擬器傳輸延遲時(shí)間（150ms）[2]要求。

1.5 視景和過載特性模擬

為了給飛行員提供實(shí)時(shí)逼真的視覺和過載感受，一般工程模擬器需配備視景仿真系統(tǒng)和六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

視景系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)，產(chǎn)生逼真的窗外景象，模擬大氣條件包括大氣參數(shù)、風(fēng)和大氣紊流；黎明、白天、黃昏、夜間帶紋理視景圖像；機(jī)場地面晝夜變化、機(jī)場空域晝夜變化；雨雪霧天、結(jié)冰氣象、雷雨氣象等，還包括云底高和能見度設(shè)置、機(jī)場選擇和機(jī)場燈光等；干跑道、濕跑道以及跑道長度、寬度、坡度、場高以及跑道材質(zhì)和粗糙度等。

六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模擬飛機(jī)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包括俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、垂直升降、橫向和縱向直線運(yùn)動(dòng)；飛機(jī)各種飛行條件的變化引起的運(yùn)動(dòng)；著陸接地姿態(tài)和碰撞以及使用剎車時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)；在接近真實(shí)飛機(jī)頻率處的振動(dòng)和抖振以及大氣紊流和風(fēng)在對(duì)應(yīng)自由度上引進(jìn)的抖振和相對(duì)于起落架收放時(shí)的動(dòng)態(tài)特性以及不同地面的滑跑特性等。

2 民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估方法

飛機(jī)的飛行品質(zhì)研究始于1903年，發(fā)展歷程具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）突出人作為飛行品質(zhì)評(píng)價(jià)的主體。飛行品質(zhì)最初的指標(biāo)只有一條：飛機(jī)結(jié)構(gòu)足夠簡單，并且能夠使飛行員在合理的時(shí)間內(nèi)能熟練的使用，充分地肯定了人作為飛行品質(zhì)的主體地位，隨著飛行品質(zhì)的發(fā)展，這種主體地位越來越強(qiáng)。

（2）在飛行品質(zhì)發(fā)展過程中采取典型的模態(tài)特性對(duì)飛機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從1969年修訂MIL-F-8785B的飛行品質(zhì)開始，采用了長短周期荷蘭滾螺旋滾轉(zhuǎn)等模態(tài)特性對(duì)飛機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了量化描述，進(jìn)一步明確了飛行品質(zhì)的具體內(nèi)容。

（3）重視飛機(jī)的高階特性。從MIL-STD-1797開始，針對(duì)電傳飛機(jī)的出現(xiàn)，飛行品質(zhì)中考慮了飛機(jī)的高階特性。

飛行品質(zhì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)人員與飛行員最為關(guān)心問題，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)、測試和使用中始終扮演著重要角色。因此，為了實(shí)際評(píng)估的需要，需采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方式對(duì)民機(jī)飛行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)估，獲取良好的飛行品質(zhì)，確保飛機(jī)安全飛行及順利完成既定飛行任務(wù)。

2.1 定性分析

在評(píng)價(jià)飛行品質(zhì)時(shí)，只有飛行員的評(píng)估才能確切反映出人-機(jī)系統(tǒng)性能與執(zhí)行任務(wù)的工作負(fù)擔(dān)之間的相互關(guān)系。為使飛行員的評(píng)估有一個(gè)共同的衡量尺度和描述術(shù)語，采用庫伯-哈伯準(zhǔn)則[3]作為試驗(yàn)的評(píng)估尺度，這個(gè)尺度從飛機(jī)的操縱性和飛行員完成飛行任務(wù)的工作負(fù)擔(dān)兩個(gè)方面，用文字描述給出了10個(gè)不同的評(píng)價(jià)尺度。經(jīng)過40多年軍機(jī)和民機(jī)的實(shí)踐檢驗(yàn)，被公認(rèn)為是飛行員在環(huán)評(píng)估所采用的一種標(biāo)準(zhǔn)化方法和評(píng)判尺度[4-5]。庫伯-哈伯準(zhǔn)則如圖1所示。

進(jìn)行飛行品質(zhì)計(jì)算時(shí)，必須給出不依賴于飛行員直接評(píng)分且與飛行環(huán)境無關(guān)的客觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。美國軍用規(guī)范中規(guī)定了3個(gè)等級(jí)，在民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估中可以借鑒并使用[1]。3個(gè)等級(jí)分別具有的飛行品質(zhì)如下所示：

等級(jí)1：飛行品質(zhì)明顯地適合完成任務(wù)的飛行階段；

等級(jí)2：飛行品質(zhì)適合于完成任務(wù)的飛行階段，但飛行員的工作負(fù)擔(dān)有所增加，或完成任務(wù)的效果有所降低，或兩者兼而有之；

等級(jí)3：飛行品質(zhì)滿足安全操縱飛行的要求，但飛行員工作負(fù)擔(dān)過重，或完成任務(wù)效果不好，或兩者兼而有之。

上述3個(gè)等級(jí)與C-H評(píng)價(jià)尺度的關(guān)系如圖1所示。

CCAR-25-R4中有關(guān)民機(jī)飛行品質(zhì)要求需要經(jīng)過試飛員、試飛工程師和適航部門綜合評(píng)定，只有滿意和不滿意之分。雖然C-H評(píng)價(jià)尺度和飛行品質(zhì)等級(jí)概念是針對(duì)軍機(jī)提出來的，在民機(jī)飛行品質(zhì)分析和預(yù)測時(shí)，仍然可以借鑒使用該評(píng)價(jià)體系。在飛行控制律設(shè)計(jì)階段使用3個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)飛行品質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)在于有助飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者了解修改飛行控制律之后，飛行品質(zhì)的改善趨勢和改善程度，并容易在多個(gè)飛行品質(zhì)中取得平衡。

2.2 定量分析

中國民用航空規(guī)章第25部是“運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)”（CCAR-25-R4）[6] ，包含了民機(jī)飛行性能、飛行品質(zhì)、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、動(dòng)力裝置和機(jī)載設(shè)備等方面的適航性要求，其中對(duì)民機(jī)飛行品質(zhì)的要求主要集中在CCAR-25-R4的B部分。民機(jī)飛行品質(zhì)的適航性要求主要包括飛機(jī)的操縱性和機(jī)動(dòng)性、配平、穩(wěn)定性、失速特性、地面和水面操縱性、抖振、高速特性和失配平八大飛行品質(zhì)指標(biāo)[6-9]。

CCAR-25有關(guān)飛行品質(zhì)的要求大都是定性的，不便于在新機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中貫徹實(shí)施。為了便于在設(shè)計(jì)階段評(píng)估飛機(jī)的飛行品質(zhì)，需將這些定性要求定量化。CCAR-25-R4的定量化就是將定性的要求轉(zhuǎn)化為可計(jì)算、量化的指標(biāo)，這些指標(biāo)通常可用飛機(jī)及飛行控制系統(tǒng)的性能參數(shù)表示。量化的目的是便于在飛機(jī)及飛行控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而評(píng)估其飛行品質(zhì)是否達(dá)到適航條例的要求。適航性條例定量化可分為兩個(gè)步驟，其一是將適航性的各個(gè)定性要求轉(zhuǎn)化為對(duì)飛機(jī)及飛行控制系統(tǒng)某些參數(shù)的要求，其二是根據(jù)各種試飛試驗(yàn)以及飛機(jī)本身的設(shè)計(jì)要求，確定各參數(shù)的具體數(shù)值要求。

針對(duì)電傳飛控系統(tǒng)穩(wěn)定性與操作性的要求，可采用縱向低階等效系統(tǒng)擬配方法、縱向帶寬準(zhǔn)則（人機(jī)閉環(huán)穩(wěn)定性）、閉環(huán)尼爾-史密斯準(zhǔn)則、俯仰角速率準(zhǔn)則、時(shí)域-頻域Gibson響應(yīng)準(zhǔn)則等進(jìn)行縱向飛行品質(zhì)定量分析；采用橫航向低階等效系統(tǒng)擬配方法、橫航向時(shí)域準(zhǔn)則（俄羅斯準(zhǔn)則）等進(jìn)行橫航向飛行品質(zhì)定量分析；另外，考慮采用航跡角峰值超調(diào)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、回路分離參數(shù)法、波音公司的人-機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)品質(zhì)要求等對(duì)民機(jī)起飛著陸特性進(jìn)行分析；采用俯仰機(jī)動(dòng)桿力梯度和短周期阻尼比檢查、俯仰PIO相位滯后準(zhǔn)則、俯仰PIO幅值準(zhǔn)則、Smith-Geddes準(zhǔn)則和Gibson相位速率準(zhǔn)則等對(duì)飛行員誘發(fā)振蕩（PIO）進(jìn)行預(yù)測分析。

由于影響飛行品質(zhì)的因素很多，加之每種準(zhǔn)則都有一定的局限性，目前尚沒有一種準(zhǔn)則能單獨(dú)勝任，因此建議使用多種準(zhǔn)則同時(shí)評(píng)價(jià)。但是，使用多種準(zhǔn)則可能會(huì)使評(píng)估結(jié)論發(fā)生不一致的情況，大量經(jīng)驗(yàn)表明，一種準(zhǔn)則暴露出其它準(zhǔn)則不能暴露的飛行品質(zhì)缺陷，如果飛機(jī)能滿足多種準(zhǔn)則要求，多數(shù)飛行員滿意的可能性就會(huì)大一些。

3 飛行品質(zhì)評(píng)估示例

本文以縱向操縱-速度恢復(fù)為例，介紹民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估過程及分析方法。

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

演示在1.23VSR 和失速標(biāo)志（判明速度）之間的任何速度，必須有可能使機(jī)頭下沉，以便很快加速到選定的配平速度。

3.2 驗(yàn)證條款

驗(yàn)證CCAR-25.145（a）。

3.3 約束條件

確定失速速度和失速特性之后。

3.4 可接受判據(jù)

飛機(jī)在失速或接近失速時(shí)的推桿機(jī)動(dòng)，要求飛機(jī)具有足夠的機(jī)頭下俯操縱效能，使飛機(jī)恢復(fù)到原始配平速度。

3.5 HQR任務(wù)

在失速速度操縱飛機(jī)附近恢復(fù)初始速度。

3.6 試驗(yàn)平臺(tái)

民機(jī)工程模擬器。

3.7 試飛內(nèi)容

（1）試驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)。參考AC25-7C[11] ，挑選試飛試驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)如表1所示。

（2）試驗(yàn)方法。①工程模擬器復(fù)位后，正常運(yùn)行且處于初始狀態(tài)；②設(shè)置工程模擬器“飛行凍結(jié)”狀態(tài)；③通過綜合控制臺(tái)及駕駛艙相關(guān)操縱器件，設(shè)置試驗(yàn)科目所要求的飛機(jī)狀態(tài)；④在規(guī)定狀態(tài)下配平飛機(jī)到穩(wěn)定直線平飛；⑤以1節(jié)/秒 的減速率使飛機(jī)保持機(jī)翼水平減速到失速速度附近；⑥迅速使機(jī)頭下俯，加速到初始配平速度，不改變配平位置；⑦對(duì)于最大連續(xù)推力試驗(yàn)，機(jī)動(dòng)不必進(jìn)行到超過失速警告開始后1s；⑧記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；⑨完成試驗(yàn)科目后，工程模擬器“飛行凍結(jié)”；⑩工程模擬器復(fù)位。

3.8 定性分析

在飛行員在環(huán)評(píng)估試驗(yàn)過程中，飛行員按照試驗(yàn)科目的動(dòng)作要求完成試驗(yàn)動(dòng)作，參試人員根據(jù)庫伯-哈伯準(zhǔn)則解釋評(píng)分依據(jù)對(duì)試驗(yàn)科目評(píng)分，同時(shí)全面、詳細(xì)記錄飛行員的評(píng)估意見，以便評(píng)估結(jié)束后進(jìn)行討論和確認(rèn)。

3.9 定量分析

從操縱性和機(jī)動(dòng)性及安全的角度來看，該條款就是要求飛機(jī)在失速速度Vs或者失速迎角αs的附近有足夠的縱向操縱效能或俯仰能力，以免在失速迎角αs附近出現(xiàn)不可抑制的機(jī)頭上仰，造成飛機(jī)失速?？v向操縱效能可以分解為以下量化指標(biāo)：

①單位過載所需桿力Fnze、桿位移dnze、升降舵偏度δnze；②桿力-桿位移特性Fe=f（de）。

對(duì)于采用電傳飛行控制系統(tǒng)的飛機(jī)，操縱桿與對(duì)應(yīng)氣動(dòng)舵面之間沒有直接機(jī)械連接，桿力-桿位移特性由人感系統(tǒng)提供。桿力、桿位移與升降舵偏度的關(guān)系可通過縱向通道增益進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，縱向操縱效能應(yīng)重點(diǎn)考察單位過載所需的升降舵偏度δnze。在過載不便于計(jì)算時(shí)，也可用單位俯仰角加速度所需升降度偏度表征縱向操縱效能。

由以上分析可知，縱向操縱效能可由單位過載所需升降舵偏度δnze表征。

考察飛機(jī)由定常平飛轉(zhuǎn)入以一定過載做定直拉升運(yùn)動(dòng)的情況。與同飛行高度、飛行速度的定直平飛相比，為增加法向過載實(shí)現(xiàn)軌跡上彎，須相應(yīng)增加迎角Δα；同時(shí)，為保持飛行器高度拉升過程中迎角不變，飛行器的俯仰角速度q必須與圓周運(yùn)動(dòng)角速度Ω相等。而Δα和q的大小均與法向過載增量Δnz有關(guān)。

波音公司經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，給出了評(píng)價(jià)縱向操縱效能的定量準(zhǔn)則[10]：

式中：δe是升降舵偏轉(zhuǎn)角度，θ··表示俯仰角加速度。俯仰角加速度θ··表征飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng)的加速能力和俯仰力矩的大小，反映了飛機(jī)規(guī)避無意機(jī)頭上仰的能力。

3.10 記錄參數(shù)及分析

根據(jù)定量化分析結(jié)果，記錄以下試驗(yàn)參數(shù)并應(yīng)用縱向飛行品質(zhì)定量準(zhǔn)則進(jìn)行分析：①重量、重心、襟縫翼位置、起落架位置；②高度、速度；③縱向操縱力、縱向操縱位移；④升降舵偏度、水平安定面偏度；⑤俯仰角、滾轉(zhuǎn)角；

⑥迎角；⑦法向過載；⑧俯仰角速度；⑨發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿位置。

4 飛行品質(zhì)評(píng)估關(guān)鍵問題說明

4.1 評(píng)估試驗(yàn)對(duì)飛行員的要求

飛行員作為評(píng)估試驗(yàn)回路中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，選擇飛行員時(shí)需要嚴(yán)格要求飛行員的資質(zhì)與背景，盡量選擇具有多種主流型號(hào)民用飛機(jī)飛行經(jīng)驗(yàn)的飛行員，盡量使飛行員的飛行時(shí)間、飛機(jī)型號(hào)、年齡、身高等方面形成梯度化，并具有較大的跨度。飛行員在環(huán)評(píng)估試驗(yàn)對(duì)飛行員的具體要求見表2。

4.2 評(píng)估試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

（1）構(gòu)型控制。在評(píng)估試驗(yàn)之前，需評(píng)估其模擬器構(gòu)型狀態(tài)能否滿足評(píng)估試驗(yàn)的構(gòu)型要求。在模擬器硬件方面，從平臺(tái)設(shè)備、試驗(yàn)件、仿真件對(duì)工程模擬器試驗(yàn)設(shè)備技

術(shù)狀態(tài)及是否符合試驗(yàn)要求進(jìn)行說明。在模擬器軟件方面，從工程模擬器平臺(tái)軟件和工程模擬器飛機(jī)本體及系統(tǒng)仿真模型的版本以及技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行說明。

（2）模型測試。為了確保工程模擬器代表完整與真實(shí)的飛控系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境，在工程模擬器用于評(píng)估試驗(yàn)之前，系統(tǒng)集成人員對(duì)工程模擬器的氣動(dòng)力、控制律、傳感器、作動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)推力等模型進(jìn)行測試驗(yàn)證。

4.3 評(píng)估試驗(yàn)后的決策

由于飛行員在飛行時(shí)間、所飛機(jī)型、年齡以及對(duì)電傳飛機(jī)操縱原理的理解等存在差異，對(duì)同一個(gè)試驗(yàn)科目的評(píng)估意見可能差異很大，甚至可能是完全相反的，如何在有限的飛行員意見中進(jìn)行取舍，是一件非常難以抉擇的事?？刂坡稍O(shè)計(jì)專業(yè)通過定量化分析試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，結(jié)合飛行員的資質(zhì)以及適航規(guī)章對(duì)飛行員評(píng)估意見篩選并酌情采納，對(duì)于會(huì)產(chǎn)生重大設(shè)計(jì)更改的意見，控制律設(shè)計(jì)人員將根據(jù)適航風(fēng)險(xiǎn)、型號(hào)研制進(jìn)度和更改設(shè)計(jì)成本等因素對(duì)飛行員意見進(jìn)行深入地權(quán)衡分析，最終形成明確的整改意見。

4.4 定量化分析的難點(diǎn)

飛行品質(zhì)定量化分析是一項(xiàng)長期的工作，CCAR-25中有關(guān)飛行品質(zhì)的定性要求轉(zhuǎn)化為對(duì)飛機(jī)和飛行控制系統(tǒng)參數(shù)的要求需要大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和研究；同時(shí)，要研究這些指標(biāo)的具體取值范圍與飛行品質(zhì)好壞程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要通過試飛、仿真等大量試驗(yàn)，才能確定飛行品質(zhì)各個(gè)等級(jí)的指標(biāo)要求。經(jīng)過不斷研究，民機(jī)飛行品質(zhì)定量化評(píng)估應(yīng)當(dāng)遵循以下原則和方法：

（1）民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估必須以適航性條例為基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)在最大范圍內(nèi)將適航條例的定性要求定量化。

（2）可以借用成熟的軍機(jī)飛行品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法，但必須深入研究，對(duì)具體指標(biāo)進(jìn)行修改，使之適合民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估。

5 結(jié)語

本文從工程模擬器上開展民機(jī)飛行品質(zhì)評(píng)估角度出發(fā)，詳細(xì)闡述了使用定性分析和定量分析相結(jié)合的方式對(duì)民機(jī)飛行品質(zhì)綜合評(píng)估的思路，并通過具體評(píng)估試驗(yàn)實(shí)例驗(yàn)證飛行品質(zhì)評(píng)估試驗(yàn)分析方法的可行性、有效性和完備性，并對(duì)飛行品質(zhì)評(píng)估需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。本文介紹的飛行品質(zhì)評(píng)估方法和評(píng)估流程為探究使用工程模擬器開展飛行品質(zhì)的綜合評(píng)估提供了參考，具有工程實(shí)踐意義。

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（責(zé)任編輯：江 艷）