Enhanced Assessment of Flight Capabilities of Aircraft using Asymmetric Attitude Flight Envelope

Enhanced Assessment of Flight Capabilities of Aircraft using Asymmetric Attitude Flight Envelope. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Thesis)
Muqeeth_Thesis_Approved_APRIL9.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 11 April 2020.

Download (5MB)

Arabic Abstract

يستخدم غلاف طيران الطائرة لتحديد ودراسة حدود التشغيل في أنظمة الطيران المختلفة. ومع ذلك ، فإن أغلفة الطيران التقليدية ، مثل غلاف الارتفاع مقابل السرعة ، تمثل فقط الطيران في مواقف الطائرات المتماثلة (النموذجية) ولا تصف الطيران في المواقف غير المتماثلة التي قد توجد فيها زوايا الانزلاق والميل الجانبي. وبالتالي ، للتوسع في تقييم أداء الطائرات بشكل كامل ، في هذا العمل ، تم تطوير غلاف طيران غير متماثل ذي وضعية طيران غير متماثلة لطائرتين ذواتي قدرات مختلفة الأول نموذج لطائرة عسكرية والثاني لطائرة رجال أعمال. هذا المغلف ، والذي يُطلق عليه أيضًا غلاف زاوية الهجوم في مقابل زاوية الانزلاق α-β ، هو منحنى مُحدّد يصف المدى الكامل لقابلية تحقيق توازن الطائرة في وضعيات أثناء الطيران في الحالة المستقرة. يتكون غلاف α-β من مجموعة نقاط الحالات المستقرة التي تم تطويرها وايجادها من خلال طرق الحل الأمثل لديناميكيات طراز الطائرة مع مراعاة قيود التحكم في الطائرة والسلامة الهيكلية. توضح مجموعة النقاط الحالات المستقرة الكامل للطائرة في وضعية طيران غير متماثلة ، وتصف حدود غلاف لوضعية الطيران غير المتماثلة. بعد تطوير الغلاف ، تتم مناقشة القيود المفروضة على تشغيل الطيران وخصائص كلا الطرازين. كشفت بيانات الغلاف عن رؤى مهمة لم تكن متوفرة في السابق فيما يتعلق بمتطلبات الأداء من حيث ظروف الطيران وأسطح التحكم. علاوة على ذلك ، قدمت البيانات أيضًا قيودًا على التشغيل نظرًا لعوامل عدة مهمة مثل أسطح التحكم ووحدة الدفع والقدرة الديناميكية الهوائية والسلامة الهيكلية عند أقصى درجات قدرات الطائرات. أظهرت النتائج أيضًا اختلافًا جوهريًا بين إمكانات الحالات المستقرة غير المتماثلة لكلا الطرازين عبر الغلافين المعنيين. أخيرًا ، يقدم الغلاف أيضاً معلومات أداء الرحلة ضمن هذا النوع من مظاريف الطيران تطبيقات في مجالات تصميم أنظمة التحكم في الطيران ، والتي يتم تسليط الضوء عليها.

English Abstract

An aircraft’s flight envelope is used to define and study its various operating limits and flight regimes. However, typical flight envelopes, like the altitude vs. speed envelope, only represent flight at symmetric (ideal) aircraft attitudes and do not describe flight at asymmetric attitudes where sideslip and bank angles may be present. Hence, to expand on aircraft performance assessment, in this work, a non-traditional asymmetric attitude flight envelope is developed for mathematical models of a military and a business jet. This envelope, also called the angle of attack vs. sideslip or α-β envelope, is a bounded curve that describes the full extent to which an aircraft can be flown at asymmetric attitudes while trimmed (steady-state). The α-β envelope is comprised of trim points developed by optimizing the dynamics of an aircraft model while subject to constraints of aircraft control limitations and structural integrity. These trim points show the complete trim profile of the aircraft and hence describe the boundary of the asymmetric attitude flight envelope. Following envelope development, the observed flight operating limitations and peculiarities of both aircraft models are discussed. The envelope data revealed important insights, which were previously not available, into performance requirements in terms of flight conditions and control surfaces. Further, the data also provided operating limitations due to factors like the control surfaces, propulsion unit, aerodynamic capability and structural integrity at the extremes of the aircrafts’ capabilities. The results also showed a fundamental difference between the asymmetric trim capabilities of both aircraft models across their respective envelopes. Lastly, the flight performance information within this type of flight envelope has applications in the areas of designing flight control systems, which are highlighted.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Aerospace
Divisions: College Of Engineering Sciences > Aerospace Engineering Dept
Committee Advisor: Abdullah, Ayman M.
Committee Members: Ghazy, Mohammed A. and Mekid, Samir N. and Al-Fifi, Salman H.
Depositing User: Mr. Mohammed Abdul Muqeeth
Date Deposited: 25 Apr 2019 08:07
Last Modified: 01 Nov 2019 20:44
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140926