數據誤差對飛機氣動參數評估的影響研究

李康孛

摘 要：飛機在設計過程中，為了獲得飛機真實準確的氣動參數，通過對飛機試飛數據進行參數評估獲取精確氣動參數是一種有效的手段。但由于試驗測試儀器的因素，試飛數據的誤差影響了參數評估的精度。文章通過對已知氣動參數的飛機縱向動力學模型進行模擬飛行，分別記錄了三組不同控制輸入的參數評估所需的時間歷程數據，然后分別在高度、速度、迎角、姿態角、角速度、法向過載、軸向過載和升降舵等測量參數的時間歷程數據上人為疊加靈敏度、零偏和延時三種誤差，利用最小二乘評估法對氣動參數進行評估，研究各參數的三種誤差對評估結果的影響。結論顯示各參數的誤差對結果影響量差異明顯，延時誤差的影響呈非線性。

關鍵詞：氣動力；參數辨識；數據測量；誤差

引言

飛機在設計過程中，氣動參數的獲取手段主要有工程估算，CFD計算和風洞試驗，但這些方法實際上均難以獲得精確的數據。為了獲得真實飛機的氣動參數，以供飛機設計及為飛行模擬機的氣動模型提供精確的數據，通過對飛機試飛數據進行參數評估獲取精確氣動參數是一種有效的手段。目前線性參數評估已經比較完善，文獻[6]更是介紹了一種非線性參數評估方法。但由于試驗測試儀器的因素，試飛數據的誤差影響了參數評估的精度。

文章通過對某已知氣動參數的飛機縱向動力學模型進行模擬飛行，記錄參數評估所需的各參數時間歷程數據，然后分別在各測量數據上人為疊加靈敏度、零偏和延時三種誤差，并利用最小二乘法對氣動參數進行評估，研究各參數的誤差對評估精度的影響。

1 最小二乘估計

3 數據采集及計算

測量數據：高度H、速度VT，迎角？琢、俯仰角？茲、俯仰角速度q、Z軸過載nz、X軸過載nx、升降舵偏度？啄e。分別在2-3-1-1機動（M1）、倍脈沖機動（M2）和長周期模態激勵機動3（M3）這三種機動下測量得到三組數據，采樣率100Hz（參考自文獻[3]）。飛機初始配平狀態為：高度H=0m，速度VT=150節，定常平飛。

5.8 升降舵偏度誤差影響

（1）升降舵偏度測量靈敏度誤差影響。對CL0、CL？啄e、Cm0和Cm？啄e有明顯影響。CL？啄e和Cm？啄e的絕對值隨靈敏度的增大而減小。對其他參數幾乎無影響。三種機動的評估結果穩定性無明顯的優劣之分。（如圖23）。

（2）升降舵偏度測量零偏誤差影響。對CL0和Cm0有顯著影響。CL0隨零偏增大而減小，評估誤差約為零偏誤差與CL？琢乘積的負值。Cm0隨零偏的減小而增大，評估誤差約為零偏誤差與Cm？琢乘積的負值。對其他參數幾乎無影響。三種機動的評估結果穩定性無明顯的優劣之分。（如圖24）。

（3）升降舵偏度測量延時誤差影響。對除CD0和A以外的所有參數均有明顯影響，且呈非線性。三種機動的評估結果穩定性無明顯的優劣之分。（如圖25）。

6 結論

迎角？琢和升降舵偏角？啄e的零偏誤差會顯著影響CL0和Cm0的評估結果，而不會影響CL？琢和Cm？琢的評估結果。這是因為，CL？琢和Cm？琢的評估是基于機動過程中迎角和升降舵變化量？駐？琢和？駐？啄e的，所有不受零偏誤差的影響。當迎角？琢和升降舵偏角？啄e存在零偏誤差，為了保證CL和Cm不變，只能在CL0和Cm0中包含一個和迎角、升降舵偏度的零偏誤差與CL？琢、Cm？琢乘積的負值。

各測量參數的延時誤差對氣動參數評估的影響通常很明顯且呈非線性，且不同的機動動作的評估結果差別很大。這種特性表明，相對于靈敏度誤差和零偏誤差，延時誤差對參數評估結果更具有不可預測性，因此氣動參數評估所采用的數據應盡可能的減小延時誤差。

機動M3的評估結果在大部分情況下比M1和M2更加不穩定，更易受數據誤差的影響。因此在設計飛行試驗機動動作時，無特殊情況時盡量選擇類似M1和M2這樣的機動動作。

7 展望

文章研究了飛機縱向各參數測量時的靈敏度、零偏和延時誤差對氣動參數評估的結果的影響，得出一些結論可為飛行試驗測試設備選型和飛行試驗機動動作的設計方面提供參考，以通過對測試數據進行參數評估獲得較高準確度的氣動參數。但由于文章只是研究了單個測量參數的單獨影響，并未考慮各類參數測量誤差的綜合作用，也未考慮對數據進行相容性檢查的影響，以及沒有考慮飛行試驗時非定常、彈性變形、大氣擾動等影響。因此可能尚不具備多大的參考意義。將來需要進一步研究多種誤差的綜合影響，以及數據相容性檢查、大氣干擾等其他影響因素。另外也需要研究橫航向的氣動參數評估的數據誤差影響。

參考文獻

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