[發明專利]基于FDR數據的民用航空器起飛爬升階段推力仿真方法

在審

• 申請號: 201910525237.4
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110263425A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 張軍峰;祖海寧;歸旭豪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明針對民用航空器常用的高涵道比渦扇發動機，公開了基于FDR數據的民用航空器起飛爬升階段推力仿真方法，屬于計算、推算、計數的技術領域。該方法：確定民用航空器機型及發動機型號，獲取發動機相關基礎性能參數；構建環境模型與發動機部件模型，并結合模型中相關參數構建推力模型；在飛行記錄儀中采集航空器起飛爬升階段相關數據代入推力模型中，計算推力進而獲得推力剖面。本發明可對民用航空器常用的高涵道比渦扇發動機推力進行較高精度的仿真，能夠模擬起飛爬升階段的發動機推力情況。相較于其它推力模型，可以提供更精準的推力剖面，能夠有效提高飛行軌跡預測與燃油消耗估算的精確度，具有較高的實用價值。

技術領域

本發明公開了基于FDR數據的民用航空器起飛爬升階段推力仿真方法，涉及以高涵道比渦扇發動機為發動機的民用航空器在起飛爬升階段的推力剖面生成，屬于計算、推算、計數的技術領域。

背景技術

近年來，隨著國內航空運輸業的迅速發展，巨大的市場潛力和經濟效益為航空業帶來了機遇與挑戰。一方面，如何在安全運行的前提下盡可能地降低燃油消耗、緩解機場噪聲、減少廢氣排放等已經成為民航業關注的焦點；另一方面，隨著基于航跡運行(Trajectory Based Operations，TBO)的未來空中交通運行模式的提出，各主要民航國家相繼開展以四維航跡管理為基礎的系統和項目研究，包括歐洲的單一天空計劃(SESAR)、美國的下一代空中交通管理系統(NextGen)等。決定航跡的基礎元素——航空器性能，對發動機推力的準確建模將有效提高四維航跡的預測精確度。

我國在民用航空發動機這一領域的研究起步較晚，相關的技術儲備較為薄弱。在過往研究中，民用航空器推力建模主要有五種方案：

第一種是歐控實驗中心開發的航空器基本性能數據庫(Base of aircraft Data，BADA)，該數據庫提供相關系數及模型計算航空器在最大起飛和爬升、最大巡航和下降三種模式的推力情況；

第二種是美國汽車工程師協會建立的飛機噪聲和性能數據庫(Aircraft Noiseand Performance，ANP)，提供指定推力等級與控制發動機參數兩種模式實現推力模型的構建；

第三種是空客公司開發的一款可以預測和監控主流空客飛機性能水平的工具(Performance Engineer Program，PEP)，通過對歷史數據的條件仿真，該工具能夠輸出飛機燃油消耗數據和總推力水平；

第四種是通過特定的穩態推力計算試驗修正并推導推力瞬變性能指標，擬合得出發動機推力剖面；

第五種是間接測量發動機有效推力，通過對風洞測量推力與計算機體阻力計算相加獲得推力。

上述方法多集中于通過經驗系數估計或推導構建模型，條件單一，精度不高，忽略了實際飛行中環境變化、發動機損耗及飛行員操控等因素引起的航空器發動機性能波動，影響推力計算結果；同時，上述方法未涉及發動機內部的復雜運行方式及能量流動，計算精度不高，給針對特定航班民用航空器及發動機的推力計算與分析帶來很大的不確定性。

飛行數據記錄器(Flight Data Recorder,FDR)是一種用于記錄民用航空器特定性能參數的設備，包括速度、高度、飛機姿態、發動機功率等性能指標，廣泛應用于飛行性能監控、飛行品質評估、航空器性能故障檢測與診斷等方面。本申請旨在利用FDR采集的發動機各部件溫度、壓力數據和空氣流速數據并結合環境數據建立體現發動機中能量流動特性的推力模型，進而簡化推力建模過程并提高推力計算精度。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了基于FDR數據的民用航空器起飛爬升階段推力仿真方法，對航空器運行過程中發動機推力實現了準確計算，解決了推力模型精確度較低導致的航空器性能仿真模型誤差較大的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：