旋翼飞机操纵品质发展及其飞行模拟试验 (2).doc

军用旋翼飞行器操纵品质发展及飞行模拟试验（中国飞行试验研究院）摘 要: 本文较详细地介绍了美国军用旋翼飞行器操纵品质发展和技术状态用表格形式汇总了五十年来ADS-33系列标准演变过程，并用一个简图作了补充说明根据对该标准理解和相关资料说明，提出了可以深入进行飞行模拟试验四个领域，包括驾驶员模型应用，进一步用等效系统方法研究动态准则，PIO识别和验证若干要求以及结构相互影响问题根据直升机特性和标准中目视感示评定等级（VCR）和可用感示环境（UCE）要求，论述了在面向飞行任务设计中必须注意几个方面关键词: 旋翼飞行器 操纵品质 飞行模拟一、引言为了更好地了解国外旋翼飞行器操纵品质发展和现状，熟悉直升机性能和试验要求，以便更好地开展地面飞行模拟试验和研究，支持直升机飞行试验根据美国相关资料，汇总了从1952年至2002年五十年来ADS-33系列标准演变过程（包括标准和主要背景资料），并用一个简图加以补充说明，该标准如何从特定机种规范发展成通用规范又如何从设计规范演变为设计、性能和试验三者合一规范，并最终提出了试验指南，该标准进一步面向任务和飞行试验同时根据操纵品质发展现状，参考国外有关资料提出了如何进一步开展地面飞行模拟试验一些想法。

二、ADS-33系列标准演变过程美国军用旋翼机操纵品质要求发展至今已有56年历史1952年发表了标准一般要求但直至80年代初才基本上只对特定机种操纵品质提出了要求通过82年至84年讨论、准备和编写才在84年提出规范及其背景资料和使用指南草稿1985年12月才正式出版了ADS-33标准该标准开始是适用于轻型直升机通过86年政府部门和工业界评论，至87年ADS-33A才把轻型直升机标准改为通用标准至94年ADS-33D标准有了很大发展，其基本格局和结构大致及现行标准类似ADS-33D-PEF至ADS-33E-PEF，美陆军航空系统司令部已宣布为性能规范和试验规范2002年ADS-33E-PEF试验指南（草稿）出版从02年至现在该标准又有了新发展，但还没有了解到这方面情况为了较全面地了解其发展过程，用表格（表1）形式介绍了标准以及主要背景资料和使用指南情况介绍中还包括垂直/短距起落飞行（V/STOL）标准三、ADS-33E-PEF标准现状ADS-33E-PEF标准提出了许多有根据准则，而且确立了包括操纵品质规范、设计、试验验证和评定编制原则及内容ADS-33E-PEF标准革新内容主要包括：a) 根据可用于设计目视感示质量经验方法。

来确定可用感示环境要求按照试验旋翼机特性，可应用任务科目基元（MTE）和目视感示等级（VCR）差值，通过飞行评定，根据姿态（Attitude）（俯冲，滚转和偏航），水平（侧向—纵向）移动率和垂直移动率，并按好（good），中等（fair）和差（poor）等5个等级，来确定可用感示环境（UCE）1，2和3等级根据这种经验方法也可以作为设计依据（目视接口设计依据）水平移动率和垂直移动率应该同时满足要求b) 任务菜单（任务科目基元MTE）对各种直升机类型（侦察、攻击、通用、货运和外吊挂载重构型）都应是适用c) 每种任务科目基元描述足够详细、可用于试飞员正式评定中使用每种任务科目基元包括评定任务目，所需机动，合适试验路线或地面参照（标记）以及期望（满意）而足够性能标准d) 按照将会遇到目视感示环境（可用感示环境）分等级来确定稳定或稳定化要求e) 根据可适用任务科目基元确定操纵和机动要求f) 规定操纵（频宽）所需短周期响应新参数g) 规定所需中、大幅值操纵功率（姿态敏捷）新参数h) 在迅猛（急剧）机动中规定可允许俯仰——滚转交叉耦合新参数还修改了部分在ADS-33D中一些不足之处，如操纵器特性中增加了配平要求。

i) 提出多种响应类型概念，并及飞控系统设计关系紧密四、 飞行模拟要求操纵品质研究主要工具是地面基飞行模拟器和空中飞行模拟器美国陆军航空动力学管理局在NASA艾姆斯研究中心帮助下利用该研究中心垂直运动模拟器（VMS），进行必要数据库开发同时利用加拿大国家研究委员会飞行研究所Bell 205空中变稳直升机，后来又利用德国飞行力学研究所航空航天实验室BO 105空中变稳直升机随着直升机研制和试验不断发展和直升机模拟器技术不断改进（包括计算机，视景和建模技术）为航空设计标准（ADS-33系列）发展提供了技术依据1990年10月美国提出了AC120-XX“直升机模拟器鉴定”（草稿）规范至1994年10月正式出版了AC120-63“直升机模拟器鉴定”规范我国参考国外规范也着手制定了相应规范根据我们分析，AC120-63规范是一个通用规范，对飞行模拟器研制有明确要求，但没有和飞行任务挂勾，没有体现面向任务设计意图因此在从事飞行模拟器研制和试验时，必须充分了解ADS-33E-PRF标准中任务菜单——任务科目基元（Mission-Task-Elements）该标准共包括23项单元飞行机动科目，包括目，机动科目说明，试验路线描述和性能标准。

从飞行模拟角度对直升机飞行模拟试验主要取决于视景和飞行操纵动作所以应重点考虑四个方面问题a) 建模由于需要完成飞行试验机动科目较多，建模工作量和难度明显增加，根据有资料介绍，旋翼机计算工作量是固定翼机20倍，因此不仅是软件问题，而且计算机内存和速度也必须成倍增加b) 视景视景模拟主要分三类：良好能见度视景状态，降低能见度视景状态（不良目视），不用视景系统状态所以对能见度可变要求很高直升机另一特点是低高度低速飞行要求，包括贴地飞行，因此视景景深、纹理、细节、高分辨率视场和稳定性等方面远高于固定翼机飞行模拟要求着落方式和着落区也变化较多同时夜间飞行频繁c) 飞行操纵系统对飞行操纵系统除了静态参数模拟外，动态参数及其响应包括振荡模态频率和阻尼，还有轴之间交叉耦合和非线性影响也需要模拟训练模拟器中央操纵机构模拟可以采用装机件，但工程研究型模拟器必须配备人感系统但不管如何，操纵系统都必须满足精确操纵和迅猛（急剧）操纵要求，操纵范围包括小幅值和大中幅值d) 可用感示环境试验目视环境主要反映在人机介面上包括舱外视景和座舱内部显示，其中座舱显示器显示及其动态反应应该逼真，并结合ADS-33E-PRF中目视感示评定等级（VCR）和可用感示环境（UCE）要求，特别是稳定性和快速性要求，还必须通过飞行员评定。

最后通过试飞，把地面预测值和空中结果进行比较和分析，最后确定等级和可靠性飞行模拟器不仅可以进行不同条件和环境下模拟飞行，预测结果，培训飞行员，而且能为规范准则发展提供更多数据五、 飞行模拟作用通过对ADS-33E-PRF标准学习和分析了解到该标准革新内容很多，在技术上，它大大前进了一步，如图1所示ADS-33系列标准已经从专用标准发展为通用标准从设计标准，性能标准发展成试验标准，而且已经提出了试验指南但随着旋翼机发展对侧驾驶杆操纵器要求；可变构型旋翼机在旋翼状态和机翼状态之间转换；闭环跟踪和PIO特性要求；风状态分类不连贯，以及故障模拟内容较少等方面还需进一步研究和补充飞行模拟器要尽可能逼真地复现飞行器各种性能另外可以把下列几个方面作为重点研究和试验内容表1 军用旋翼机操纵品质要求——ADS-33演变过程年 代规 范 编 写 情 况备 注1952.11MIL-H-8501军用规范：直升机飞行和地面操纵一般要求（Military Specification,Helicopter Flying and Ground Handling Qualities,General Requirements for）对稳定性、操纵性功率和阻尼用相当简单时间响应要求，并用重量和惯量说明（第一个直升机飞行和地面操纵品质规范）1954首架可变构型垂直/短距起落飞机飞行（The first variable configuration vertical/short takeoff and landing（V/STOL）aircraft flew）“V/STOL：The First Half-Century，”Vertiflite（Hirschberg编写）1961. 9MIL-H-8501A军用规范：直升机飞行和地面操纵一般要求（Military Specification,Helicopter Flying and Ground Handling Qualities,General Requirements for）替代MIL-H-8501，它是58年850版修改版。

包括简单时间域参数，如对速度杆力和杆位移梯度，振荡模态阻尼，法向加速度对阶跃输入响应，俯仰角对操纵行程响应，都是重量函数白天目视飞行规则和夜间仪表飞行规则要求不同，但没有考虑低能见度条件存在基本结构方面问题：如飞行品质，飞行包线和可靠性系统等级处理，也没有提出高耦合模态特性及严重交叉耦合和非线性1962. 4MIL-H-8501A增加修改单11962. 10AGARD Rept 408：垂直/短距起落飞机操纵品质建议（Recommendations for V/STOL Handling Qualities）较基本操稳设计准则1969. 4NASA TN D-5153 驾驶员评分等级在飞机操纵品质评定中使用（The use of pilot rating in the Evaluation of Aircraft Handling Qualities）Cooper .G .E和Harper，R，P .Jr著1970. 12MIL-F-83300：军用规范，有人驾驶垂直和短距起落飞机飞行品质（Military Specification, Flying Qualities of Piloted V/STOL Aircraft）美国空军对垂直起落飞机，包括直升机正式采用MIL-F-83300，而陆军和海军继续采用MIL-H-8501A至1995年。

该规范在形式和结构上以及许多要求采取参数及8785B相近明确说明悬停和低速飞行至35kt，前飞或过渡区在35kt和Vcon之间1971. 5AFFDL-TR-70-88：MIL-F-83300军用规范—有人驾驶垂直/短距起落飞机飞行品质背景资料和用户指南（Background Information and User Guide for MIL-F-83300,’Military Specification-Flying Qualities of Piloted V/STOL Aircraft’.）1971. 12Specification AMC-SS-2222-01000：通用战术运输机系统系统规范，附录Ⅰ飞行和地面操纵品质Systems Specification for UTTAS,Appendix Ⅰ Flying and Ground Handling Qualutilies )美国陆军和海军在UH-60和AH-64研制中和SH-2，SH-60和CH-53采购中仍以8501A为依据1973AGARD Rept No 577：对垂直/短距起落飞机操纵品质用文件提出新建议（Updateg Recommendations for V/STOL HQS with documentation）北大西洋公约组织（AGARD）提出1973. 7先进攻击机系统规范，附录Ⅰ飞行和地面操纵品质（Specification AMC-SS-AAH-H10000A：Systems Specification for 。