折叠翼垂直起降飞行器多体动力学建模和控制

针对旋翼飞行器续航能力有限及固定翼飞行器飞行场地受限的问题,提出一种可垂直起降的多单元翼串联式总体布局方案.首先,根据多体串联运动学和升力线理论,分析集中式变形的气动特性,并确定变形过程中的飞行攻角限制.然后,采用拟拉格朗日方程建立完整描述各单元翼间相对运动特性的非线性多体动力学模型,并对比固定翼与折叠翼在爬升过程中的飞行效率,验证了折叠翼的长续航能力以及良好的操纵性.最后,对定直平飞状态下折叠翼姿态与结构耦合特性进行模态分析,据此设计折展和飞行协同控制律,实现倾转折叠过程中的稳定控制.

垂直起降固定翼无人机混合动力系统参数匹配

燃料电池无人机因其效率高、排放无污染、能量密度高等优点,成为绿色航空研究的热点。燃料电池混合动力系统参数匹配对无人机经济、环保和效率有重要影响。某垂直起降固定翼无人机采用燃料电池+锂离子电池混合动力系统,根据技术指标,对该无人机动力系统各部件进行选型。首先设计燃料电池混合动力系统拓扑结构,对混合动力系统中燃料电池、锂电池、无刷直流电机、螺旋桨、单向DC/DC变换器进行参数匹配;然后根据任务剖面创建负载功率,最后运用有限状态机能量管理控制策略,对混合动力系统进行MATLAB/Simulink仿真分析。结果表明:所设计的燃料电池混合动力系统能很好地满足飞行负载需求和飞行过程中的工况变化,实现了零排放飞行。

先进的短距起飞垂直降落(ASTOVL)升力风扇飞机的动态逆控制

研究了推力矢量喷管、升力风扇以及气动舵面共同作用下 ASTOVL升力风扇飞机的飞控问题 ,采用非线性动态逆理论进行控制系统的设计。针对 ASTOVL升力风扇飞机的俯仰控制设计了动态逆控制律 ,并将所设计的控制律进行了仿真。结果表明 ,该方法能够满足控制系统性能的要求 ,具有工程应用前景。

新概念垂直起降无人机动力学建模与控制仿真

基于一种新概念垂直起降无人机,推导了无人机的六自由度动力学方程与运动学方程,建立了无人机的非线性数学模型。其次,基于非线性数学模型并结合全局快速Terminal滑模控制方法,设计了无人机的高度和姿态控制器,建立了无人机仿真控制系统。仿真结果表明,与普通滑模控制方法及传统PID方法进行对比,全局快速Terminal滑模控制方法控制精度更高,响应速度更快,鲁棒性更好,采用全局快速Terminal滑模控制方法可有效对无人机的滚转角、俯仰角、偏航角和高度进行精准控制。

高转速差航空摩擦离合器的接合特性与控制策略研究

摩擦离合器是航空飞行器动力系统的关键部件,其接合过程中的动力学特性直接影响航空飞行器的灵活性、平稳性和安全性。在高转速差接合情况下,摩擦离合器接合过程转速变化大、接合冲击大、非线性因素复杂,如何实现摩擦离合器在高转速差接合状态下的平稳和快速接合一直是航空飞行器所需突破的难题。以某短距起落航空飞行器中传动系统中的干式摩擦离合器为研究对象,考虑摩擦系数的非线性特性、飞行器传动系统负载的非线性变化因素,根据动力学原理建立干式摩擦离合器的动力学模型,分析离合器接合过程中的主/从动盘转速、摩擦扭矩和冲击度。引入摩擦离合器的接合时间和冲击度作为接合特性的评价指标,提出分段式接合压力加载控制策略,对比分析线性接合压力控制策略,所提出的控制策略具有接合时间短、冲击小的特点。研究工作可为某短距起落航空飞行器的干式摩擦离合器接合控制提供参考,提高我国航空飞行器的机动性和可靠性。

暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析

针对发动机不暖机会产生推力损失,进而影响舰载机滑跃起飞安全的问题,分析了暖机与不暖机两种情况下舰载机起飞极限重量的差异。建立舰载机滑跃起飞动力学模型,根据滑跃起飞安全准则,利用飞行轨迹最小爬升率不小于零判定起飞极限重量,并在不同甲板风和大气温度下比较两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量。结果表明:暖机对105 m短跑道滑跃起飞极限重量影响更大;随着甲板风的增大,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差逐渐减小,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.70%和2.44%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.64%和2.40%;随着大气温度升高,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差变化趋势先增大后变缓,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.79%和2.56%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.69%和2.46%。

垂直起降固定翼无人机的翼尖垂尾设计分析

垂直起降固定翼无人机兼具固定翼飞机速度快、航程远和多旋翼无人机垂直起降、可悬停作业的优点,研究其翼尖垂尾对整机气动特性的影响具有重要意义。垂直起降固定翼无人机采用翼尖下垂尾的设计可以在充当垂尾使用的同时兼具翼尖小翼和起落架的作用。对比下垂尾、上垂尾、翼梢端板和常规布局四种翼尖设计,采用LBM-LES算法、壁面自适应局部涡粘大涡模拟湍流模型对四种设计的气动特性进行仿真模拟分析。结果表明:翼尖下垂尾在平飞状态时比其他三种设计气动效率更高,在垂直起降或悬停状态时,抗侧风稳定性更好。

直升机经济可承受性设计与管理方法研究

针对直升机的经济可承受性设计与管理方法进行了研究。首先,介绍了设计决策的支持方法;其次,阐述了直升机经济可承受性设计准则、要素、子模型和参数之间的细分方法;然后,叙述了敏感性分析和程序优化方法;最后,论述了一体化产品和过程开发权衡流程和方法,实现了直升机的经济可承受性设计与管理。使用该方法未必能精确地计算出直升机的真正费用,但利用文中的评估准则及计算方法思想,基于产品固有的设计性能和可用性,就能计算两个或多个产品的利用率,得出它们之间的差异,从而确定哪个产品的经济可承受性更好,可以为新机型的经济可承受性设计与管理提供指导。

涵道尾撑式短距起降飞行器

随着科技的进步和城市的发展,无人机的使用越来越广泛,适应各种空中环境和起降环境的无人机成了无人机发展的方向。本文在参考国内外涵道风扇类飞行器气动布局的基础上,设计了一种涵道与前拉复合式飞行器。该构型相比常规构型涵道飞行器具有较大的飞行速度,同时由于涵道的增升作用,使其短距起降性能也相对较好。

旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型与实验研究

以转旋型无人直升机为研究对象,文中对其飞行动力学进行了数学建模,针对主尾桨、旋翼、机身、垂尾以及平尾创建气动力学模型,根据各部件力矩及气动力,通过微分方程模拟运算机体运动姿态,实现对旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型的创建。把飞行控制系统、遥控遥测软件、后台模型解算、前台仿真控制台集成为一个完整的闭环系统,降低仿真系统复杂性,提高仿真有效性。在进行旋翼型无人直升机起飞、航路飞行、着陆仿真试验时,旋翼型无人直升机在飞行过程中侧偏较小,实际飞行航线基本覆盖给定航路。这表明该文对旋翼型无人直升机非线性动力模型具有较高的置信度,这对控制律设计、仿真验证比较适合,仿真系统实时性达到预期效果。

旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器概念设计研究

近些年来垂直起降(VTOL)飞行器发展迅速,并获得了一些突破性进展,但仍有许多尚未解决的问题。结合旋翼机和固定翼飞机的优点,提出一种旋翼固定翼复合式飞行器布局方案,兼具优异的垂直起降性能及高速飞行能力,具有转换过渡稳定平滑、可控性强的特点。在该旋翼固定翼复合式布局中,特型旋翼可旋转以提供垂直升力,也可停转、锁定与固定式机翼保持平行,最终转换为固定翼面使得飞机转换为固定翼布局,并在机翼上布置矢量推力装置,实现高速飞行。概念设计研究围绕设计方法、特型旋翼、矢量推力系统等关键技术展开,并开展了平飞模式飞行特性、垂直起降模式飞行特性、航程、航时以及飞行操纵等性能的分析。通过试制小型原理验证机,并对各飞行状态及转换过渡飞行进行飞行试验,验证了该布局的可行性。结合实际算例展开分析计算,验证了该方案设计方法的准确性和实用性。