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系統識別號 U0026-0812200914103897
論文名稱(中文) 運用擴展式卡爾曼濾波器分析空中巴士A330型機遭遇亂流飛航資料
論文名稱(英文) Use Extended Kalman Filter to Analysis Flight Data of Airbus(Type A330) in Turbulence
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生(中文) 林耕毅
研究生(英文) Keng-Yi Lin
電子信箱 jerry.lky@msa.hinet.net
學號 p4794102
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 78頁
口試委員 指導教授-何慶雄
口試委員-詹劭勳
口試委員-翁錦堂
中文關鍵字 亂流  氣動力參數  擴展式卡爾曼濾波器 
英文關鍵字 Extended Kalman Filter  aerodynamic parameter  Turbulence 
學科別分類
中文摘要 當飛行經過亂流區域時,相對速度、攻角、力矩…等各項數值均產生變化,對航機飛行安全造成危害,尤其是晴空亂流,現役客機之機載裝備無法偵測,駕駛員能獲得之反應時間很短,易造成飛安事故。
現行國際民航組織(ICAO)、美國國家運輸安全委員會(NTSB)、飛機製造商及學術界發展以垂直加速度、渦流消散率及垂直風擾動等瞬時及均方根值判斷亂流強度估算方式,本研究以飛航紀錄器所紀錄各項數據,依垂直加速度均方根變化判別亂流等級外,經座標軸轉換、運用擴展式卡爾曼濾波器及力平衡方程式估算,分析航機穿越亂流時之氣動力參數變化及靜態穩定率。
經由擴展式卡爾曼濾波器調整後之飛航參數,可以有效估算氣動力參數,針對航機遭遇亂流期間氣動力參數變化劇烈現象,應按照飛行手冊減速穿越亂流,避免航機因昇力劇烈的變化,造成飛機的損傷或危及人員的安全。
英文摘要 The velocity, angle of attack, and moment of the aircraft change intensely when an aircraft flies under the influence of turbulence, and hence it may causes dangerous in flight. For Clear Air Turbulence (CAT), it is difficult for current equipments on aircrafts to detect the turbulence, so the pilot can not get sufficient time to react and sometimes may cause accidents. International Civil Aviation Organization (ICAO) and National Transportation Safety Board (NTSB) have developed three basic methods of Eddy Dissipation Rate (EDR), vertical wind perturbation, and RMS of vertical acceleration, to measure turbulence intensity.

In this research, a set of data under the influence of turbulence from the Flight Data Recorder (FDR) has been analyzed. Firstly, the data have been transformed into the desired coordinate system. Secondly, Extended Kalman Filter (EKF) has been applied with suitable governing equations and flight conditions to estimate aerodynamic parameters and the static stability derivatives. In addition, the Root Mean Square (RMS) method has been used to indicate the degree of parameter variation and hence the strength of turbulence.

The results show that the Extended Kalman Filter can effectively estimate the wind and aerodynamic parameters. The aerodynamic parameters change rapidly under turbulence influence. The RMS method can suitably reflect the strength of turbulence. The studied case was really under a severe turbulence flight condition.
論文目次 論文摘要 I
Abstract I
誌謝 II
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號說明 XI
第一章 導論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與方法 1
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文架構 4
第二章 系統介紹與力平衡方程式建立 5
2.1 飛行紀錄器(Flight Data Recorder)之功能及誤差 5
2.2 座標系統 5
2.3 座標系統轉換 7
2.4擴展式卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter,EKF) 8
2.5以垂直加速度均方根之變化( )顯示亂流強度 12
2.6力平衡方程式(Governing Equation)推導 13
2.7力矩平衡方程式(Governing Equation)推導 16
第三章 資料處理與分析流程 20
3.1資料來源及限制 20
3.2高度之校正 24
3.3真空速之換算 24
3.4風場資料建立及側滑角β(Sideslip Angle)之計算 26
3.5攻角資料之估算 27
3.6角速度之估算 28
3.7氣動力參數 的估算方法 28
3.8氣動力參數 的估算方法 28
3.9氣動力參數 的估算方法 28
3.10時間之擷取 30
3.11分析流程圖 31
第四章 估算結果之分析 32
4.1運用擴展式卡爾曼濾波器(EKF)估算飛航資料結果 32
4.2航機遭遇晴空亂流動態分析 43
4.3氣動力參數 之估算結果與分析 47
4.3氣動力參數 之估算結果與分析 54
4.5氣動力參數 之估算結果與分析 61
4.6靜態穩定分析 68
第五章 結論與建議 74
5.1 結論 74
5.2 建議 75
參考文獻 76
自述 78
參考文獻 [1] 官文霖、蘇水灶,民用航空器之飛航紀錄特性與解讀/分析技術,行政院飛航安全委員會
[2] 官文霖、梁群,飛航紀錄器於飛航事故調查之應用,行政院飛航安全委員會
[3] Joshua f. Torgerson,michael M . Walker,Andrew kopeikin ,and geotgey.jumper,air force research laboratory,hanscom AFB,“Modeling Flight Through Clear Air Turbulence”
[4] NATIONAL TRANSPORTATION SAFETY BOARD, “Aircraft Performance”
[5] 何慶雄,國立成功大學航空太空工程學系最佳濾波原理與應用上課講義
[6] 陳正宗,國立成功大學航空太空工程學系飛行動力學上課講義
[7] 楊明浩、張國治、官文霖、何慶雄、蕭飛賓,2006,應用飛航參數分析航機遭預亂流,中國航太學會/中華民航學會聯合學術研討會
[8] 何慶雄,風切識別與危害因子專題研究計劃 成功大學航太系(所)
[9] 楊明浩、何慶雄、蕭飛賓,2006,擴展式卡爾曼濾波器於航機遭遇亂流之飛航資料估算,中國航太學會/中華民航學會聯合學術研討會
[10] Barnes W. McCormick, Ph. D, “Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanic”
[11] Mohinder S.Grewal, Angus P.Andrews, “Kalman Filtering:Theory and Practice Using MATLAB”
[12] Leland M. Nicolai, “Fundamentals of AIRCRAFT DESIGN”
[13] 行政院飛航安全委員會飛航事故調查報告
[14] FLUG REVUE Datafile:Airbus A330-203
http://www.flug-revue.rotor.com/FRTypen/FRA33020.htm
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2008-06-24起公開。
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