摘 要：为合理设计飞机着陆程序，采用数字仿真和高精度计算技术，通过分析飞行实际情况研究起落架、襟翼和地面效应对飞机空气动力特性的影响，建立某飞机着陆的精确数值模型,并用差分法离散该模型.编制数值计算程序实现飞机的地面滑跑和空中运动仿真，并利用该程序进行飞机着陆的数值分析.该研究有利于智能选择飞机最优着陆程序、保障飞行安全、提高训练质量和效益.
关键词：飞机着陆； 数值模型； 差分方法
中图分类号：V215.6; TB115.1 文献标志码：A
Numerical computation on aircraft landing
ZHANG Li, SHI Huailin, TU Congrun
(94580 Troop, Bengbu 233000, Anhui, China)
Abstract： To implement the rational design of aircraft landing program, digital simulation and high-precision computation are used to establish the precise numerical model for the landing of an aircraft. For the modeling, the actual flying is analyzed, and the influence on aerodynamic characteristics of the aircraft is studied considering the effect of landing gears, flaps and the ground effect. The model is discretized by difference method. The study is helpful to smart choice of the best aircraft landing procedures, flight safety, and the improvement of training quality and efficiency.
Key words： aircraft landing; numerical model; difference method
0 引 言
飞机从安全高度下滑过渡到接地滑跑直至完全停止的整个减速运动过程称为着陆.整个着陆过程可分为下滑、拉平、平飘、接地和滑跑等5个阶段.着陆的主要特点［1］是降低高度和减慢速度，关键是使飞机在规定的着陆点轻轻接地.飞机着陆是整个飞行过程的重要环节，完成是否完美关系到整个飞行过程的质量.在着陆阶段飞行高度低，操纵动作复杂，安全裕度低且受气象条件影响敏感度高，容易发生飞行安全问题.［2］因此，根据不同气温、气压、风速和风向等飞行条件，合理设计着陆程序，对保障飞行安全、提高飞行质量和效益十分重要.目前，应用数字仿真方法研究飞机飞行性能比较有效.［3］本文采用数字仿真方法与高精度计算技术，并结合某型飞机实际飞行经验，数值研究着陆过程，优化飞机着陆程序.
1 数学模型和数值方法
1.1 着陆精确数学模型
为设计高精度仿真飞机着陆程序，必须建立精确的仿真数学模型.着陆是飞机从空中向地面运动的转化，并伴有起落架、襟翼的收放和地面效应等的影响，属于复杂的机动飞行.本文联系飞行实际情况，分析某型飞机的飞行规律，研究地面效应、起落架、襟翼收放等因素的影响，同时考虑迎角对发动机推力分量的影响，建立飞行模型方程［4］：
2 程序设计
2.1 程序研制
某型飞机着陆仿真程序逻辑运行示意见图1.图 1 着陆仿真程序逻辑运行示意
Fig.1 Landing emulation procedure working figure
选择在FORTRAN平台编写计算程序，程序主要由主模块（初始化模块）、地面滑跑仿真模块、空中运动仿真模块和数据处理模块等4个模块组成.
2.2 程序校验
应用仿真程序对某型飞机的飞行过程进行仿真
图 2 模拟飞行速度与实际飞行速度随时间变化曲线
Fig.2 Evolution of simulation flying speed and real flying speed with time
计算，将仿真结果与该型飞机实际飞行时的相关数据(飞参记录)进行比较，并对程序进行修正，直至与实际飞行一致.模拟飞行速度与实际飞行速度随时间变化曲线见图2，可知各基本参数、数据无误和模拟的准确性.
3 数值分析以某型飞机为例，采用该仿真程序对速度、迎角等参数进行优化选择，建立最佳着陆程序.
3.1 接地迎角和速度的选择
飞机着陆时，在接触跑道瞬间会受到地面的弹力.为使飞机平稳接地，该弹力应尽可能小，过大可能会造成重着陆或飞机和起落架损伤，从而酿成飞行事故.从飞行力学角度分析，弹力大小除与飞机重量等有关外，主要与飞机接地瞬间的下沉速度［6］和图 3 负加速度随接地迎角的
变化曲线
Fig.3 Change of deceleration
with earthing angle of
attack
垂直于地面的负加速度有关.接地期间的负加速度应尽可能小，才能保证接地时地面对飞机的弹力最小，以利于飞机平稳落地.经仿真计算，该型飞机在接地迎角为8°时减速度最小（绝对值）.负加速度随接地迎角的变化曲线见图3.
接地迎角选定后，接地速度Vjd=2G/（馭Cyjd）式中：Cyjd为接地升力因数.
3.2 拉平高度和速度的选择
正确的接地姿势（迎角）只能保证飞机轻盈接地，只有正确选择下滑角、速度和拉平高度等才能使飞机在规定的接地点接地.若偏差较大，可能使飞机偏离接地点而酿成事故.下滑角和拉平之前的速度可适当调整，因此选择好开始拉平时的速度和高度是关键.本文采用数值仿真方法优化某型飞机在标准大气条件下从开始拉平至接地的过程.着陆运动轨迹见图4，速度-高度曲线见图5，可知该型飞机开始拉平时的速度和高度分别为216 km/h和7 m.
图 4 着陆运动轨迹 图 5 速度-高度曲线
Fig.4 Aircraft landingFig.5 Change of speed
trailwith altitude
4 结束语
根据某型飞机实际飞行时的相关数据，结合理论分析，建立精确的飞机着陆数值模型.采用差分法对该型飞机着陆模型方程进行离散，取得高精度差分格式.通过优化设计的该型飞机着陆仿真程序，对解决智能选择最优着陆程序、保障飞行安全、提高训练质量和效益有重要作用.该仿真优化理论和技术还可用于研究其他机种和飞行科目，优化飞行训练以及仿真设计战术飞行程序等，应用前景广泛.
参考文献：
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