飞机结冰特性及防除冰技术研究

了解结冰对飞行的危害、预测结冰的特性和发展防除冰方法,对于保证飞行安全极为重要。阐述结冰的形成及其严重程度度量方法,分析结冰对飞机气动、操稳及起降特性的影响,总结现有的飞机防冰与除冰技术,并对飞机防冰试验进行综述。考虑到带冰飞行是不可避免的,强调容冰技术对于保障安全飞行的重要性,并给出结冰条件下的操纵建议。研究表明,影响飞机结冰的因素不同导致结冰严重程度上存在差异,结冰对飞机特性影响较大,导致飞行性能下降,而防除冰技术的使用及容冰能力的提高对于确保结冰条件下的飞行安全意义重大。     

考虑排放因素的飞机下降性能优化方法

为降低飞机下降阶段的飞行成本和对环境的影响,首先建立飞行动力学模型,然后基于国际民航组织给出的基准排放数据建立污染物排放量估算模型并改进飞行成本计算模型,之后基于遗传算法建立最佳"表速-马赫数"组合优化模型,最后分析下降阶段优化参数的影响因素。结果表明,与传统下降方式相比,优化后的下降策略能降低0. 296%的综合飞行成本和4. 45%的排放成本。成本指数、飞机质量、温度偏差和污染物价格对下降性能优化参数有影响。     

公路桥梁发热电缆除冰系统试验研究

发热电缆加热桥面融雪化冰对于保障公路桥梁交通安全具有重要意义。制作了600mm×600mm×380mm的桥梁试件,通过低温人工环境室对 试件上表面结冰和融冰过程进行了模型试验。结果表明:在恒定线功率30W/m条件下,90mm间距发热电缆融冰系统的融冰能力要远大于140mm间 距融冰系统;若在90mm间距电缆敷设层采用隔热材料和SMA-13沥青上面层采用导热沥青,则可以缩短融冰时间,提高除冰能力;为有效防止桥 面结冰,桥面温度宜控制在2.5~3.0℃之间。研究结果对桥梁除冰系统设计和运行控制提供参考。     

基于飞行环境建模的UAV地面撞击风险研究

无人机(UAV)的任务工况与环境场景对飞行安全影响极大,为研究不同飞行环境对UAV地面撞击风险的影响,需要分析不同运行工况下的UAV地面撞击事故的边界条件。首先分析影响UAV运行安全的飞行环境因素,考虑不同任务场景的地面人口密度和遮蔽物保护能力,并引入环境影响因子,用以分析不同环境场景的气象、地理和通信等要素;然后以每飞行小时地面撞击事故伤亡人数为评价指标,建立UAV地面撞击事故评估模型;最后计算不同UAV在多种任务场景和环境场景工况下的风险参数,并加以对比。结果表明:飞行环境中的气象、地形和通信等因素对UAV地面撞击风险影响较大,随着环境场景的恶化,UAV运行每飞行小时伤亡人数量级也有较大变化,增加幅度从10~(-8)上升至10~(-5)。     

航站楼公共区的实体试验与模拟试验研究

机场航站楼公共区存在的各类火灾荷载不仅加剧了火灾隐患，还由于各自不同的燃烧特点给相关研究增加了难度。通过对商铺货架、书店书架、值机普通座和商务桌椅开展实体燃烧试验，并采用火灾动态模拟器(Fire Dynamic Simulation, FDS)进行全尺寸建模和数值模拟，分析火灾荷载类型、燃烧过程和温度的相关性，通过统计分析软件对比实体试验与模拟试验的燃烧过程、温度、热释放速率(Heat Release Rate, HRR)等参数的差异及原因。结果表明，HRR与O₂/CO₂释放率均会对温度产生显著影响，导致模拟后期的温度比实体试验的更低。火灾荷载类型会影响实体试验的HRR和温度，而实体试验和模拟试验测得的温度均与燃烧过程的HRR呈显著正相关性，O₂/CO₂释放率也会影响模拟试验的HRR和温度。通过O₂/CO₂释放率的参数赋值，可提高FDS模拟结果的准确度。     

微重力波动与燃烧温度变化的研究

本文通过试验飞机抛物线飞行进行了微重力燃烧实验,采集得到微重力条件下一个采样点微重力波动和燃烧温度变化的数据,在此基础上将时间序列预测和神经网络相结合进行了微重力波动与燃烧温度变化的研究,揭示了试验飞机抛物线飞行中微策略波动和采样点燃烧温度变化的规律。     

基于不确定语言的飞机结冰防御系统能力评估

为解决飞机结冰防御系统能力评估中不确定因素较多导致结果不准确的问题,提出基于不确定语言的评估方法。在介绍区间数和语言评估标度的基础上,给出将语言评估标度转化为区间数的方法,并阐述不确定语言变量的定义及运算法则。建立飞机结冰防御系统能力评估指标体系,采用区间数特征向量法确定各指标的区间数权重,并利用区间集结(IA)算子和区间加权矢量和法实现指标的聚合。最后,分析某飞机结冰防御系统,以区间数评估其结冰防御能力。     

地面空调车调控下的飞机座舱热环境试验

为使冬季机舱内的空气温度达到登机要求,一般采用飞机地面空调车对机舱空气进行加温。采用试验的方法研究MD-82飞机机舱加温过程中机舱热环境的变化,采用两种方式控制地面空调车的送风温度,研究了不同控制方式对机舱热环境的影响。结果表明:冬季加热工况下机舱壁面边界温度和机舱空气温度存在明显的温度分层现象;加热一段时间后,与控制送风温度的方式相比,采用舱温控制的方式时机舱内空气的垂直温差更小。因此,若需要实现机舱环境的快速加热,宜采用控制送风温度的方式(M1)对机舱温度进行调控;若对机舱内热舒适要求较高,则建议采用控制机舱内空气温度的方式(M2)对机舱温度进行调控。     

飞行数据可视化技术研究

针对航空器事故调查和不安全事件分析的结果及改进的需要,研究基于FDR/QAR/DAR/CVR的数据可视化技术。提出基于飞行仪表布局语言(FILL)的仪表模型构建与驱动的技术方案,解决FDR/QAR/DAR记录数据的导入与修正处理、不同分辨率三维地形的生成与显示以及飞行数据与驾驶舱话音同步播放等问题。实践证明,利用数据可视化技术所构建的包括飞机、航迹、仪表、地形、跑道、航图等元素的三维图形飞行环境集成再现了飞行过程,为事故调查和事件分析提供了科学有效的辅助分析工具。     

微重力下燃烧温度随重力变化实验数据处理的一种方法

本文通过试验飞机抛物线飞行进行了微重力燃烧实验,采集得到数组从超重到微重段一个采样点燃烧温度随重力变化的数据,以此为基础通过应用误差理论对实验数据进行了分析处理,然后采用神经网络方法拟合出了燃烧温度随重力的变化曲线,为微重力燃烧实验数据处理提供了一种新方法.     

热力管加热桥面抗冰融冰试验研究

为了研究热力管加热桥面抗冰融冰对于公路交通安全的影响,制作了尺寸为600 mm×600 mm×380 mm的桥梁试件,在人工环境室对热力管融冰进行了模型试验。结果表明:试件上表面温升速率和融冰时间取决于热力管间距、隔热层、风速、环境温度和热力管外表面温度。在相同工况条件下,100 mm间距的热力管融冰能力要大于150 mm间距的热力管,无隔热层时,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的13.4%,融冰时间为211 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的18.3%,融冰时间为271 min。在热力管层下面铺设厚度为2 mm、导热系数为0.062 W/（m· K）的隔热材料后,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的46.9%,融冰时间为175 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的51.9%,融冰时间为161 min。热力管层铺设隔热材料可有效阻止热量向下传递,从而缩短融冰时间。     

基于多尺度排列熵和极限学习机的风机叶片覆冰故障检测方法*

针对风机叶片结冰故障检测中状态数据维度高和检测率低的问题,提出1种使用功率数据驱动的多尺度排列熵（multiscale permutation entropy,MPE）和极限学习机（extreme learning machine,ELM）的风机叶片结冰故障检测方法。首先,使用多尺度排列熵提取功率数据的多重尺度特征,得到特征向量;随后,采用极限学习机,结合环境温度,对结冰故障进行检测;最后,通过使用某风电场的数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition,SCADA）对数据进行仿真。研究结果表明:所提方法的故障检测率达到100％,同时虚警率仅有0.14％,表明所提方法在风机叶片的覆冰故障检测中的有效性。研究结果可为风机叶片覆冰故障检测提供1种有效方法。     

液滴撞击超疏水冷表面的反弹/黏附特性对比研究*

为研究液滴撞击超疏水冷表面动力学现象,通过开展去离子水液滴撞击CuO超疏水表面实验,研究表面温度对液滴碰撞后响应方式的影响,分析铺展直径与反弹高度变化规律。结果表明:液滴撞击超疏水冷表面出现反弹与黏附2种响应方式,临界表面温度介于-25 ℃~-20 ℃之间;液滴反弹工况下,表面温度越低,液滴与超疏水冷表面之间接触时间越长,液滴最大反弹高度越小;液滴黏附工况下,随表面温度降低,液滴回缩程度减小,稳定铺展直径增大。研究结果可为表面结冰界面现象与防冰/除冰机理研究提供参考。     

结冰条件下风速管的表面温度计算

飞机风速管是测量飞行速度和高度的重要设备,对其进行防冰研究具有很大的实用价值。结冰条件下风速管的表面温度计算是其防冰研究中很重要的方面。笔者在给定加热功率下,利用计算流体力学(简称CFD)和传热学相结合的方法计算了风速管的表面温度。通过对空气流场、过冷水滴运动轨迹的计算和能量方程的求解,得到了多种状态下的风速管表面温度。由计算结果可以得到结论:在给定加热功率下,表面温度高于露点温度,表面不会有结冰危险。加热后的表面温度场在几何变化处的变化较大。在飞行高度和大气温度一定时,表面温度随飞行速度的增大而升高。大气温度对风速管表面温度的影响最大。     

飞机操纵系统的发展与飞行安全

飞机操纵系统是一个控制飞机飞行安全的关键系统。笔者介绍了飞机操纵系统的发展过程 ,重点讨论了为了提高飞行安全性及在保证飞行安全的前提下 ,提高飞机操纵性而对飞机操纵系统进行的改进、完善的方法 ,进而对操作系统的未来发展提出了看法。     

机组行为、时间余量与飞行安全间的关系探讨

探讨机组行为、时间余量与飞行安全间的关系，为航空公司的机组训练和避免飞行事故及飞行事故征候的发生提供帮助。利用1996—2000年中国民用航空总局航空安全办公室下发的“飞行事故、航空地面事故和飞行事故征候统计的通知”中的资料，找出因机组行为错误导致的、与解决问题的时间余量关系密切的飞行事故和飞行事故征候案例。与飞行专家进行研讨和分析，探求飞行事故及其征候的发生与机组行为和时间余量间的关系。找出了因机组行为错误导致的、与解决问题的时间余量关系密切的飞行事故11起和飞行事故征候133起。其中因机组疏于监控飞机设备和状况、未发现问题存在或未明确所发生的问题的性质而无作为，使得解决问题的时间余量为零或接近零，从而无时间解决出现的问题，导致飞行事故3起和飞行事故征候96起；因机组发现问题存在并在明确所发生的问题的性质后，在一定时间余量内未能突破思维惯性的影响，做出了错误的决策，未能解决所发现的问题，导致飞行事故8起和飞行事故征候37起。飞行事故和飞行事故征候的发生与机组行为和时间余量的关系是，机组行为可以决定时间余量剩余的多少，时间余量的多少反过来决定机组采取何种措施解决当前的问题才能避免飞行事故和飞行事故征候的发生。     

A comparison of general aviation accidents involving airline pilots and instrument-rated private pilots

Introduction: The extremely low accident rate for U.S air carriers relative to that of general aviation (∼1 and ∼60/million flight hours respectively) partly reflects advanced airman certification, more demanding recurrency training and stringent operational regulations. However, whether such skillset/training/regulations translate into improved safety for airline pilots operating in the general aviation environment is unknown and the aim of this study. Methods: Accidents (1998–2017) involving airline pilots and instrument-rated private pilots (PPL-IFR) operating non-revenue light aircraft were identified from the NTSB accident database. An online survey informed general aviation flight exposure for both pilot cohorts. Statistics used proportion testing and Mann-Whitney U tests. Results: In degraded visibility, 0 and 40% (χ² p = 0.043) of fatal accidents involving airline and PPL-IFR airmen were due to in-flight loss-of-control, respectively. For landing accidents, airline pilots were under-represented for mishaps related to airspeed mismanagement (p = 0.036) relative to PPL-IFR but showed a dis-proportionate count (2X) of ground loss-of-directional control accidents (p = 0.009) the latter likely reflecting a preference for tail-wheel aircraft. The proportion of FAA rule violation-related mishaps by airline pilots was >2X (7 vs. 3%) that for PPL-IFR airmen. Moreover, airline pilots showed a disproportionate (χ² p = 0.021) count of flights below legal minimum altitudes. Not performing an official preflight weather briefing or intentionally operating in instrument conditions without an IFR flight plan represented 43% of airline pilot accidents involving FAA rule infractions. Conclusions: These findings inform safety deficiencies for: (a) airline pilots, landing/ground operations in tail-wheel aircraft and lack of 14CFR 91 familiarization regulations regarding minimum operating altitudes and (b) PPL-IFR airmen in-flight loss-of-control and poor landing speed management. Practical Applications: For PPL-IFR airmen, training/recurrency should focus on unusual attitude recovery and managing approach speeds. Airline pilots should seek additional instructional time regarding landing tail-wheel aircraft and become familiar with 14CFR 91 rules covering minimum altitudes.