MIL_F_9490D与MIL_F_8785C有关要求的分析与比较_二_

�工�一几� � � ��与��� 一�一� � � �� 有关要求的分析与比较�二� 凌 和 生 �� � �所 � 摘 要 本文是 “� �� 一 � · �� �� � 与� �� · � 一 �� �� �有关要求的分析与比较 ” 一文的第二部分 , 其内容 括包故障瞬态要求 , 剩余振荡和在大气紊流工作的规定的讨论 , 最后对 全文 企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况 作了概括的结论 。 七 、 故障瞬态要求 由于故障瞬态是余度飞行控制系统中的一个重要问题 , 两种 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 不可避免都要涉及 到 , 因此使它们尽可能一致对飞行操纵系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 十分重要 。两种规范修改的总的趋势是放 宽 了要求 �加速度增大了一个数量级 � 。 这种放宽不仅增加了系统设计的灵活性 , 而且说 明了允许一定程度的瞬态是可能的 , 甚至必要的 。 两种规范的 目的都是为了保证故障瞬 态可以为飞行人员所接受 , 并保证飞行安全性 。 比较表 � 的内容 , 如果 把 飞 行 品质等 级与飞行操纵系统工作状态等级看作一一对应关系 , 则修订后的� �� 一 � 一� � � � � 的 要求 已与��� 一� 一 � � ��� �更改后 � 基本一致 。 然而细微的差别依然存在 。 ��� 一 � 一 � � �� � 明 确规定开环要求在 � 秒后 测定 。 一般来讲 , � 秒代表了从出现故障到驾驶员开始修正 动 作之间的典型滞后时间 。 具体地讲 , 这一时间与飞行任务 、 飞机类型及告警系统性能 , 和具体驾驶员的灵 敏性有关 。 � � � � � � � � � � � � �建议对 �种阶段取为 � 秒 , � 种 和 � 种阶段取为 � 秒 。 因此 � 秒是偏于较坏的安全情况 。 值得注 意 的 是 ��� 一 � 一 �� � � 在 � � � �年更改时特别删去了滞后时间 “应按 � �� 一 � 一 � � � � ” 的规定 , 这就给予应用一定 的 灵活性 。 确定的方法 , 可以 引用� �� 一 � 一 � � � �或 � � � 的规定 , 在驾驶员不参与的试验中 测定瞬态 , 或在人 一机 闭环模拟或试飞中测定 , 这时的滞后 时间为实际滞后 时间 , 因 而 更接近实际飞行安全要求 。 � �� 一� 一 � � � � 与� �� 一 � 一 � � � �� 有关要 求的分析与比较 � 二 � 表 � 故障瞬态要求 要 余要� � �� 一�一 � � � � � �更改后� � �� 一�一� � � � 飞行操纵系统或部件突然出现故障后的飞机运动 , 应使驾驶 员可以通过修正动作而避免危险情况 ·· · ·…… �级或 � 级工作状态 �故障后 � � ……在驾驶员位置处的法 向和横向加速度增量不超过土 。 , �� , 横滚速度年�� 度� 秒…… 同左 �规定于 � � � � � � 闭环 �级和 �级 �故障后� � 出现故障至少 � 秒 后…… �余同左 � � 级工作状态 �故障后 � � 不到达危险姿态或极限使用过载 , 亚且飞行轨迹不出现不可能从中改出的危险性变化 � 级 �故障后 � � 出 现故障至少 � 秒后 , · · ·… … �余同左 � 泪刘侧��川����� 此外 , 应 当看到故障瞬态要求的 目的仅仅是为了避免出现危险的飞行状态 , 具有一 定的瞬态有助于驾驶员察觉故障 �给驾驶员直接的警告指示� , 因此故障瞬态并非越小越 好 , 而应该有一个许可的瞬态下限要求 。 这是有待今后解决的问题 。 最后 , 在故障瞬态 评定中 , 还应注意多个故障同时出现 的情况 。 八 、 剩余振荡 剩余振 荡要求是� �� 一 � 一 � � � �� 稳定裕量要求的补充 , 同时也是� �� 一 � 一 � � ! � 飞 机 稳定性要求的放宽 。 飞机短周期响应 , 要求在任何幅值情况下都具有正 阻尼 , 即要求振 荡是衰减的 。 然而 , 由于操纵系统非线性的影响 , 使系统相位滞后增大 , 系统增益的提 高又使这种影 响加剧 , 当相位滞后达到� � �� 时形成持续振 荡—极限环 。 尤其在 高 增益系统中 , 系统实际的稳定裕量往往远小于计算值 , 因而很容易出现极限环 。 为了防止 极限环而使系统完全线性是不经济 , 也是不希望的 。 而存在一定的极限环 , 只要将幅值 限制在驾驶员感觉的不灵敏区范围内 , 并不会干扰驾驶员工作 。 剩余振荡要求的 目的就 是保证操纵系统或结构振 荡中出现的极限环不为驾驶员感觉到 , 或为此而规定一个不灵 敏区 。 � �� 一 � 一 � � � ! 和� �� 一 � 一 � � �� � 的剩余振荡要求列于表 � 。 表 与 � � �� 一� 一。�。。� ’ � �� 一� 一� � � �� 飞行品质规范��。� �年� 法向 加 速 度 在稳态飞行正常工作中、 驾驶员和乘员位置处不大于【土 。 驾驶 员 位 置 不 大 于 � � � � , �级� , 但不应 。� �� �峰峰值 横向加速度 俯 仰 姿 态 横航向姿态 。 � � � 峰峰值 同� �� , �一� � � 不大于� � �度 干扰驾驶员工作性能 � 不干扰驾驶员工作 不干扰驾驶员工作 , 驾驶 员位置不大于 士。 � �� � �� , � 级 � 不干扰驾驶员工作 不大于土�密尔 �。� �� 度 � 不干扰驾驶员工作 不干扰驾驶员工作 不干扰驾驶员工作 · �公· 飞行力学 �述评与展望� 从表 � 可以看到 , � �� 一 � 一 � � � � � 的要求是定量的 , 并比� �� 一 � 一 �� �� �严格得 多 。 定量的要求便于地面鉴定 , 因而是所希望的 。� �� 一 � 一 � � ��� 规定的幅值大致代表了感觉 的阂值 。 但是关于精确的感觉闭值不同文献根据不同的试验条件而得到的结果 出 入 较 大 。 由于引起极限环的主要因素是机械间隙和舵机的非线性 , 所 以过高的要求将给舵机 研制带来困难 , 并增加系统研制的成本 。 � �� 一 � 一 � �� � � 强调不干扰驾驶员执行任 务 的 要求似乎就更加基本和合理 。 这也是 目前规范的发展趋势 �见表 � 最后一列 � , 但法向 过载要求例外 。 因为法向过载对驾驶员工作影响最大 , 故应在设计阶段尽量 保 证 。 同 时 , 关于法向过载要求的试验研究较为成熟 , 数据较为可靠 , 有可能加以定量要求 。 根 据最近 � 一 � 一乞机的飞行经验 , 法向出现 土 � � �� 一 � � �� � 振荡幅值时 已引起驾驶 员 烦 恼 , 因此��� 一� 一� �� � �的规定偏低 , 而以� �� 一 � 一 � � � ! 的要求较为合适 。 由于不同频率时 , 能为人员所感觉的极限环幅值是不同的 , 因此规定为频率函数的 型式将更为合理 。 图 � 是以这种形式表示的剩 余振荡要求 , 可用作地面评定时参考 。 为了减小或防止极限环 , 可以 限制非线性 , 降低增益 , 增加稳定裕量等 , 但它们都 受到一定的限制 , 有时也不一定奏效 。改进补偿网络或设计陷波器是更常采用的方法 。应 用这种方法时需确定极限环的频率 , 因而地面极限环试验极为重要 。试验中系统的总增益 应高于飞行中增益值 �一般为两倍 � , 以考虑气动力 �特别是 操纵效率 � 的非线性和部 件磨损的影响 。 此外 , 结 构谐振与极限环特性密切相关 , 互相影响 。 特别是速率反馈回路的任何变 化均将改变极限环特性 , 所 以在结构谐振试验定型后还必须进行最后的极限环试验 。 九、 在大气紊流中工作 在大气紊流中工作的要求是� �� 一 � 一 � � � � � 和��� 一 � 一 � � � � �修改的主要内容之一 。 � � � 一 � 一 � �� �� 对 自动飞行控制系统提 出了 �� 英尺 �秒的 �� 一 。�� ��� 离散阵风要 求 , 而 对人工飞行操纵系统未作任何要求 。六十年代初由于大气紊流影响引起的事故频繁出现 , 据 估计 , 仅 � � � �至� � � 年三年 中因大气素流造成美国军用飞机损失达三千万美元之多 。 因而对大气紊流的研究明显加强了 。 在这一背景下 , ��� 一 � 一 � � ��� 提出了在大气紊流 中 工作的要求 。 它在� �� 一 � 一 �� �� �所规定紊流模型的基础上作了修改 , 并用这些 模 型来 进行飞行操纵系统一匕机的分析和有人驾驶模拟 , 以评定紊流的影响 。 这种模型包 括 随 机模型和离散模型两部分 。 � �� 一 � 一 � � � ! 对随机素流的规定划分为正常飞行和起飞着陆两种型式 。 正常 飞 行 时模型同��� 一 � 一 � � � � 即包括冯 � 卡曼模型和德莱顿模型 �模型表达式参见� �� 一� 一 �� � � � 。 冯 。卡曼模型适用频率范围广 , 且与一般结构规范的型式相一致 。 德莱顿模型是一种简化 模型 , 由于它是有理分式 , 使分析和计算大大简化 , 并可用于模拟 。 在低频时 , 两种模 型结果很接近 , 然而高频时冯 · 卡曼模型更精确 。 尽管模型相同 , 但��� 一� 一 � � � �� 根据安全性考虑 , 提出了比� �� 一� 一�� �� �严格 得 � �� 一� 一 � � � � 与� �� 一� 一 � � �� � 有关要求的分析 与比较 �二 � · � � · 多的紊流 强度要求 , 见表 � 和图 � 。 其 目的是达到在飞机结构能穿越的任何紊流下都可 保持最低 的安全操纵 , 因而与结构规范� �� 一 � 一 � � � � � � 的要求相一致 。 表 � 紊流强度的超过概率 系统功能重要性 � � � � 重 要 的 ��一 �� 一 � �� � � 加飞 行 阶 段 重 要 的 不 重 要 的 � �了 � �一 � � 一 � � � · � � � � � �任一次任务中重要飞行阶段部分化费的最 长时间� � 每次任务总的飞行时间 。 � 【止 � � �� � � 规定的起飞 、 着陆随机紊流采用了德菜顿模型 , 并对 强度和尺 度 单 独规定于表 � 。 此外 起飞着陆时的风速模型还包括了平均风和风切变 。 风切变对起飞 着陆的威胁很大 , 特别是正 切变 。 ��� 一 � 一 � � � � � 首次在规范 中提出了风 切变 , 其 型 式 为一 准对数型式 : u = 0 。 0 4 6 U l o g ( Z ) + 0 。 4 U 式中U , u 分别为20 英尺和 z 高度处平均风 表 7 起飞着陆时的紊流强度和尺度二一井…一一…一生.…兰尺 度 L ! 当高度不大于30 英尺时为15 英尺; } 600 英尺 一 _ 二 _ } _ _ 一 ~ , 一一 , , , 』 _ _ _ _ ~ _ , 二_ _ , , } _ _ _ 一 _ 」 6Uu 英尺} jU失八、尚 J芝 川、‘。U U 央八盯/习u · ”n { ‘口U U央八 ’ M IL 一 F 一 87 85 C 对大气紊流的规定 比M IL 一 F 一 8 7 85 B 有了发展 。 尽 管对模型型 式的规 定不变 , 但德莱顿模型实际应用更广泛了 。在 紊流分类上从晴空和风暴紊流改为高 /中空 和低空紊流 , 在低空紊流 中也增加了平均 风和风切变 、其形式和大 小均 与M IL 一 F 一 9 4 9 O D 相同 。 它对紊流 强度的规定完全以 M IL 一 F 一 9 4 9 0 D 所 依据的原始数据为基础 。 这样 两 种 规范对大气紊流的规定基本趋于一致 。 但是 , 考虑到这些原始数据在测定 、 处理和应用中存在 的近似 、 假设和误差 , 直接 应用这种复杂曲线没有必要 , 囚而 M IL 一 F 一 8 7 8 5 C 将其线性化成三条简化 折 线 , 并 且 使其在一定高度范围内保持强度值不变 。 这三条折线分别代表了轻微紊流 、 中等紊流和 严重紊 流 (见图 3 ) 。 利用这一特点 , 评定 时可 以应用这三种紊流 的平均位 , 从而便于分 析和模拟 。 一般轻微紊流取为2.5一3英尺 /秒 (即0 .75 一 0.9米 /秒) , 中等紊流取 5 一 6 英尺 / 秒 (即1 .5一1. 8米 / 秒 ) , 严重紊流取10 英尺 / 秒 (即 3 米 / 秒 ) , 极端紊流 取 24英尺 / 秒 。 这些数值与英国A v . P . 97 0的规定完全一致 。 起飞着陆 (低空 ) 的紊流强度两种规范存在一定的差异 。 垂直轴的规定 相 同 , 但 · 20 · 飞 行 力 学 ( 述评与展望 ) 纵 、 横 向 , M I L 一 F 一 9 理90 D 规定为垂直轴的两倍 。 这种简化只适 合 于 自动着 陆 系 统 。 M I L ‘ F 一 8 78 5 c 规定强度和尺度均随高度而变化 。 尺度的减小表示接近地面时低频 紊 流 逐渐抑制 , 功率向高领紊流转移 。 这一规定更适合于一般情况 。 离散阵风是为了反映实际大气中存在的明显尖峰输入而人为引入的 。 M I L 一 F 一 87 8 5 C 采 用了 (1 一 c os i n e) 的阶跌型式离散咋风 ( 见图 4 ) 。 这 种模 型具 有 一 定 的 灵 活 性 , 允许在适当间隔ds 后接着几个不同大小和方向的半波 。 这样不仅dm , 而且ds 都可改 变 , 以达到与飞机和飞行操纵系统任一模态相谐振 , 从而确定从阵风中改出所需的操纵 权 限 。 这种模型仅 甲于高/中空 , 低空时仍用 (1 一 co si ne ) 全波型 式 。 突风 值v 二也 分 轻 、 中 、 重三种情况计算 。 M I L 一 F 一 9 4 9 0 D 对离散咋 凤约规定直接引用M IL 一 F 一 8 7 8 5 , 同时它不排斤应 用 其 它 更合适的形式 , 因而留有发叹的余地 。 比较两种规范对紊流 中工作的性能要 求 , 可 以 看 到 M IL 一 F 一 9 4 9 O D 仍 然 严 于 M IL 一 F 一 8 78 5 c 。 M IL 一 P 一 8 78 5 C 把紊流 中的飞行品质分为满意 、 可接受 、可操纵和可改出 四种 。 M I L 一 F 一 9 4 9 0 D 则强调对于重要的和 飞行阶段重要的飞行操纵系统 , 在规定的安 全 飞行紊流 强度 (超过概率 10 “ 5 ) 下至少应具有 皿级工 作状态兴 ) 。 该 强度与M IL 一 F 一 8 7 8 5 C 的严重紊流相 当 。 尽管从工作状态与飞行品质等级对应关系 看 两 种 规 范 相 接 近 , 但 M IL 一F 一 8 78 5 c 对强度值的选取侧重于暴露飞机或系统设计 中存在 的影响飞行 品 质 的 问 题 。 根据一般应月实践 (漠似洁果) , 中等餐充已是够 。 但 M IL 一 F 一 94 90 D 强调飞行安全 性 , 而必须选用最严重紊流 , 以考虑 系统泡和而引坦沮尼 、 频率等待性变化约 影响 。 十、 结 论 1 。 目前两种规范对有关要求的规定已趋于基本一致 , 但某 些差别依然存在 。 由 于 M IL 一 F 一 g 4 9 O D 强调 飞行安全性 , 而 M IL 一 F 一 8 7 85 C 着重于飞行 品质 , 因此今后这种 差异 仍会存在 。 同时 , 飞行择纵系统研制经验的积累使规范要求不断完善 , 因而两种规范 修 改时间的先后也将引起要求上的差别 。 因此 , 对于所有这些要 求 、 均 应 根 据 具 体 场 合 、 不同背景而加以灵活应 甲 。 2 . 当量法在增强飞行操纵系统设计 已中获得了广泛应 甲 , 但它基本上还是一种近 于低阶系统的设计准则 , 其适 甲程度与飞机 一 系统所显示的高 阶特性是否明显有关 。 由 于系统设计方法直接影响飞机 一 系统动态的阶次 , 因而设计准则的应用与所采 用的系统 设计方法密切相关 。 3 . 鉴于目前飞行操纵系统的分类较含混 , 建议凡驾驶员操纵的所有系统均划归人 丁飞行 操纵系统 。 参 考 文 献 〔1〕M IL 一 F 一8 78 5 B 背景资料和使用指南 。 〔2 二M IL 一 F 一 9 4 9 o D 有人驾驶飞机飞行操纵系统设计 、 安装和试验通用规范. 〔3 〕M IL 一 F 一 9 4 9 o D 的背景资料和使用指南 , A F F D L 一 T R 一 7 魂一 2 1 6 . 〔4 〕M IL 一F 一 9 4 9 o D 的背景资料和使用指南的补充 , A F F D L 一 T R 一 7 4 一 2 2 6 S u p . 1 . 2 9 7 4 . 〔5 〕P ro posed M IL S t。 。 d a , 一 d a 打 d 月a : d 毛o o k 一 F l 手· i n g Q o a l i 士i e s o f A i r V e h i- e l e s V . I , P r o p o s e d M I L H a n d b o o k , A F W A L 一 T R 一5 2 一 s o B z , 〔6 〕V alidatio n of M IL 一 F 一 9 4 9 o D V . I , A D / A o 6 2 6 2 0 , . ) M I L , F 一 9 4 9 o D 更改时已用具体性能要求表示 , 一 F 一 9 4 9 o n 与M IL 一 F 一 s 7 s s e 有关要求的分析 与比较 ( 二 ) 21---~一~- ~ - - -一--一 - - _ 一一0.16峪 O , 2 2 1IJ0 。 0 4招望勿写谊畏ƒ琴„次 互:o 振荡濒牢 ( 尸 厂: ) 困 昌 红赵职 只过了岛/中空 困中曲澎‘ HI L一‘一助卿我括 祈渭一 洲 L一 F · 8’7 日“迈识位 崖;戈一 八认p .夕劝 严全 重!1.ˆ幼轻|备女(t县天) 一0 .‘ 即勿如和 入毕翻‘A叨}、,。{即 k\ l 汁仪 ’ 甲‘ 阵风 入、l|刻.浦。厂!d杖、氏 壑3万 言)10 15 刀 2夕 即 歹5 均方很阵风份值汀 (拟榔 一兵全速) 图3 氰 图 4 dm 匆100