一种飞机起降滑跑失稳模式判别方法及系统

本发明涉及机场运行安全监测，具体涉及一种飞机起降滑跑失稳模式判别方法及系统。

背景技术：

1、飞机起降滑跑过程中存在不同的失稳模式，通常包括：摆振失稳、滑水失稳和制动失稳等多种模式。现有技术中，在对各种失稳模式的潜在风险进行分析时，每种失稳模式都有各自不同的分析方法，这些分析方法的分析框架不同，导致无法对多种失稳模式的潜在失稳风险进行统一的比较，因此可能会造成主导模式判断错误，从而启动的补稳策略失效，并且现有技术中的失稳分析方法通常基于飞机滑跑过程中轮胎气压、机轮摆振等运行参数进行非线性动力学方程数值求解，计算量大实时性差，计算结果和实际真实的结果之间存在延迟，使用存在延迟的计算结果进行判断，进一步降低了主导失稳模式的判断精度。

技术实现思路

1、为了解决飞机起降过程中主导失稳模式判断精度低的技术问题，本发明的目的在于提供一种飞机起降滑跑失稳模式判别方法及系统，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明提供了一种飞机起降滑跑失稳模式判别方法，包括以下步骤：

3、基于飞机起降滑跑过程中的机载侧数据、跑道侧数据和基础状态数据，计算当前采样时刻各个失稳模式的稳定性裕度，所述失稳模式包括：摆振、滑水和制动；

4、基于当前采样时刻各个失稳模式的稳定性裕度，计算当前采样时刻各个失稳模式的失稳竞争系数；

5、基于各个失稳模式的失稳竞争系数，确定当前采样时刻的主导失稳模式，并根据当前采样时刻的主导失稳模式的稳定性裕度，确定飞机当前采样时刻的失稳情况。

6、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，所述机载侧数据包括前轮转角数据和偏航角速度数据，计算当前采样时刻的摆振模式的稳定性裕度的方法包括：

7、基于当前采样时刻之前设定时间段内的前轮转角数据，确定其中前轮转角的最大值和最小值，计算二者差值的一半，得到摆角振荡幅值；

8、基于当前采样时刻之前设定时间段内的偏航角速度数据，确定其中偏航角速度的最大值和最小值，计算二者差值的一半，得到偏航摆动幅值；

9、基于摆角振荡幅值和偏航摆动幅值，计算摆振风险比，对摆振风险比进行负相关映射，得到当前采样时刻的摆振模式的稳定性裕度。

10、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，计算摆振风险比的方法包括：

11、计算摆角振荡幅值与允许摆角幅值的比值，计算偏航摆动幅值与允许摆动幅值的比值，取这两个比值中的较大值作为摆振风险比。

12、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，计算当前采样时刻的滑水模式的稳定性裕度的方法包括：

13、基于跑道侧数据，确定当前采样时刻飞机机轮所在位置的水膜厚度；

14、若所述水膜厚度小于等于第一水膜厚度阈值，则设置当前采样时刻的滑水模式的稳定性裕度为第一滑水模式的稳定性裕度；若所述水膜厚度大于等于第二水膜厚度阈值，则设置当前采样时刻的滑水模式的稳定性裕度为第二滑水模式的稳定性裕度；若所述水膜厚度大于第一水膜厚度阈值且小于第二水膜厚度阈值，则设置当前采样时刻的滑水模式的稳定性裕度为第三滑水模式的稳定性裕度；

15、第一滑水模式的稳定性裕度为固定值，第二滑水模式的稳定性裕度基于机载侧数据和基础状态数据计算得到，第三滑水模式的稳定性裕度通过将第一滑水模式的稳定性裕度和第二滑水模式的稳定性裕度融合得到。

16、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，所述第二滑水模式的稳定性裕度的计算方法包括：

17、所述机载侧数据包括飞机的轮胎充气压力和地速，所述基础状态数据包括飞机总质量和机轮磨损状态指标；

18、将当前采样时刻的轮胎充气压力的算术平方根，与滑水临界速度系数和机轮磨损状态指标融合，得到滑水临界速度；

19、基于机载侧数据和基础状态数据，计算气动升力偏差绝对值；

20、计算飞机当前采样时刻的地速与滑水临界速度的比值，得到滑水风险系数，基于飞机总质量计算飞机总重力，计算气动升力偏差绝对值和飞机总重力的比值，得到气动升力偏差率，将滑水风险系数的负相关映射结果和气动升力偏差率的负相关映射结果相乘，得到第二滑水模式的稳定性裕度。

21、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，所述机载侧数据还包括飞机的俯仰角、垂向加速度和跑道对起落架的向上支撑力，计算气动升力偏差绝对值的方法包括：

22、基于当前采样时刻飞机的俯仰角，计算得到升力系数，结合当前采样时刻飞机的地速，计算当前采样时刻飞机预估的气动升力；

23、基于飞机总质量、当前采样时刻的垂向加速度以及跑道对起落架的向上支撑力，计算当前采样时刻飞机实测的气动升力；

24、计算当前采样时刻的预估的气动升力和实测的气动升力的差值绝对值，得到气动升力偏差绝对值。

25、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，所述机载侧数据包括飞机的地速和主轮轮速，计算当前采样时刻的制动模式的稳定性裕度的方法包括：

26、基于当前采样时刻的地速和主轮轮速，计算滑移率；将滑移率与预设的滑移率阈值的比值，作为制动失稳发展度，对制动失稳发展度进行负相关映射，得到制动模式的稳定性裕度。

27、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，计算当前采样时刻的摆振模式的稳定性裕度、滑水模式的稳定性裕度和制动模式的稳定性裕度的方法包括：

28、将当前采样时刻的机载侧数据、跑道侧数据和基础状态数据输入到训练后的稳定性裕度计算模型中，得到当前采样时刻的摆振模式的稳定性裕度、滑水模式的稳定性裕度和制动模式的稳定性裕度。

29、结合上述第一方面，在一些可能的实现方式中，计算当前采样时刻各个失稳模式的失稳竞争系数的方法包括：

30、对于任意一个失稳模式，基于当前采样时刻该失稳模式的稳定性裕度和前设定间隔的历史时刻的该失稳模式的稳定性裕度，计算当前采样时刻该失稳模式的稳定性裕度下降速率；

31、将当前采样时刻该失稳模式的稳定性裕度下降速率与当前采样时刻该失稳模式的稳定性裕度的负相关映射结果融合，得到当前采样时刻各个失稳模式的失稳竞争系数。

32、第二方面，本发明还提供了一种飞机起降滑跑失稳模式判别系统，包括数据采集模块和失稳模式判别模块，数据采集模块用于采集飞机起降过程中的机载侧数据、跑道侧数据和基础状态数据，并将采集的数据发送给失稳模式判别模块，失稳模式判别模块用于基于接收到的数据，采用本发明的飞机起降滑跑失稳模式判别方法，确定飞机起降的失稳模式，并确定飞机的失稳情况。

33、本发明具有如下有益效果：本发明的一种飞机起降滑跑失稳模式判别方法及系统，基于飞机起降滑跑过程中的机载侧数据、跑道侧数据和基础状态数据，计算当前采样时刻各个失稳模式的稳定性裕度，进而基于当前采样时刻各个失稳模式的稳定性裕度，计算当前采样时刻各个失稳模式的失稳竞争系数；通过计算稳定性裕度，将不同失稳模式的潜在风险程度在同一个架构同一项指标下进行量化，为确定主导失稳模式提供了对比基准和数值依据，实现了将不同失稳模式的潜在失稳风险在相同架构相同尺度的比较，最终基于各个失稳模式的失稳竞争系数，确定当前采样时刻的主导失稳模式，根据当前采样时刻的主导失稳模式的稳定性裕度，确定飞机当前采样时刻的失稳情况，能够提升主导失稳模式的确定精度。