仿生四足六旋翼无人机自适应着陆性能分析

旋翼无人机在民用和军用领域被广泛应用,但传统橇式起落架在复杂地形下难以起降,为了扩大旋翼无人机的降落面积和应用范围,设计一种仿人腿式两级缓冲自适应起落架。通过对仿生腿的正逆运动学分析,提出一种自适应起落架姿态调整策略;建立仿生四足六旋翼无人机着陆动力学模型,基于多体动力学软件simcenter 3D开展着陆动力学仿真,并与传统橇式起落架进行着陆性能对比研究。结果表明:着陆腿式的两级缓冲自适应起落架及其姿态调整策略,能够使滚转角减小95.69%,过载系数降低34.06%,两级缓冲自适应起落架在面对复杂地形时具备主动调节姿态安全着陆的地形适应能力和极好的减震缓冲能力。

飞机刹车诱导颤振稳定性分析与减振设计

以飞机刹车装置为研究对象,对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响,建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型,且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际工程应用价值出发,以机轮速度、液压系统等效阻尼、刹车盘面阻尼、盘面摩擦特性几类关键因素为控制变量,利用数值仿真与分岔理论等非线性分析手段研究了上述参数对系统稳定性的影响,并确定了使系统保持稳定的结构参数范围,方便对结构进行参数化快速分析设计。基于模型分析的结果,揭示了刹车振动产生的部分原因,从结构参数和刹车控制律两方面针对性的提出了对应的减振优化措施,进而形成了完整的飞机刹车诱导颤振的分析方法,为飞机制动器设计初期提供了理论参考依据。

新型自适应起落架的单支腿落震性能研究

针对传统直升机起落架结构相对固定导致的地形适应能力不足的问题,设计了一种两级缓冲系统的新型缓冲作动行走一体化自适应起落架,实现了多工况下的着陆缓冲功能,常规着陆时磁流变缓冲器单独工作实现着陆缓冲功能,危险工况下磁流变缓冲器和油气缓冲器共同工作实现抗坠毁功能。在多体动力学软件LMS Virtual.Lab Motion中建立了带两级缓冲器的自适应起落架落震仿真模型。自适应起落架可以通过2个液压作动缸来调节不同姿态,进行了常规工况及耐坠毁工况的落震仿真分析,并根据仿真数据设计了缓冲器参数。在多种工况下进行了自适应起落架多级缓冲系统落震试验,对比分析了试验和仿真结果。结果表明,在2种着陆速度下,系统缓冲效率分别达到85%和75%,自适应起落架可以主动调节至多种姿态,并在各姿态下都具有良好的缓冲性能,还具备一定的抗坠毁能力。试验与仿真结果具有一致性,证明建立的自适应起落架的多体动力学模型能够有效地模拟落震过程。

轮胎参数对双轮式起落架刹车耦合振动影响研究

目前对飞机起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在考虑轮胎参数影响的起落架纵向单自由度振动特性分析,对于多自由度低频刹车耦合振动的特性研究不足。基于Simcenter 3D动力学分析软件建立双轮支柱式起落架刚柔耦合整机滑跑刹车分析模型,研究轮胎竖向刚度和侧偏刚度对双轮支柱式起落架低频刹车纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动的影响。结果表明:轮胎的竖向刚度对起落架横向和扭转方向上的振动影响较大,轮胎竖向刚度变化33%,横向和扭转方向上的振动变化5%左右;轮胎的侧偏刚度对起落架低频刹车横向上的振动影响较大,轮胎侧偏刚度变化33%,横向上的振动变化15%左右。

模糊PID控制对轮橇式起落架飞机滑行减振的影响研究

飞机在地面滑跑过程中产生的振动严重威胁着飞机起降安全。针对新型轮橇式起落架飞机在滑行时受到地面随机激励而产生剧烈振动的问题,本文在多体动力学软件LMS Virtual.Lab Motion中建立了轮橇式起落架飞机全机着陆滑跑动力学模型,基于高斯白噪声经典随机过程建立随机道面激励模型,在MATLAB/Simulink中设计了半主动控制缓冲器,通过LMS Virtual.Lab Motion与MATLAB的联合仿真方法,分析对比了缓冲器被动减振、半主动PID控制和半主动模糊PID控制三种控制律作用下轮橇式飞机的滑行振动特性。研究结果表明,所设计的模糊PID半主动控制缓冲器,能够有效减小机体垂向振动位移和垂向载荷,并且可消除飞机刹停后的动态误差,使飞机更快达到静止状态。通过多工况仿真验证了该控制方法的适应性和有效性。

高速无人机地面变速滑跑转弯方向稳定性研究

高速起降无人机地面滑跑过程中受到轮胎力、气动力、舵面力等多个非线性因素的影响,容易发生转弯失控,在地面打转甚至冲出跑道等严重事故。目前利用分岔理论分析飞机地面滑跑非线性转弯系统稳定性时,都是基于匀速滑跑的平衡态系统,无法分析加减速对非线性非自治飞机地面滑跑系统稳定性的影响。对此,提出利用达朗贝尔原理将非线性动态系统转化为等效非线性平衡态系统进行分岔特性研究。在MATLAB/Simulink中建立无人机非线性地面变速滑跑动力学模型,并基于达朗贝尔原理在系统模型中引入惯性力,将系统转化为等效平衡态系统,进而利用数值延拓法对系统全局稳定性及分岔特性进行求解,分析了无人机变速滑跑过程中加速度对无人机转弯方向稳定性的影响,并对系统出现的鞍结分岔现象、Hopf分岔现象进行分析。通过对3种典型工况下无人机的运动状态和受力进行分析,揭示了无人机地面变速滑跑转弯时发生方向失稳的本质与机理。同时,在加速度单参数分岔分析的基础上,采用开折方法,将前轮转角作为附加参数引入无人机地面滑跑动力学模型,进行双参数分岔分析,讨论了双参数组合对无人机地面滑跑方向稳定性的影响规律,并就双参数分岔过程中新出现的BT分岔、GH分岔和ZH分岔现象进行了讨论。

基于自适应起落架的旋翼飞行器着陆稳定性分析

传统起落架在复杂地形条件下存在着陆困难的问题,而自适应起降装置的引入能够有效提高旋翼飞行器的地形适应能力,但其着陆稳定性分析也变得更加复杂。当旋翼飞行器在着陆过程中姿态倾斜较大时,存在严重的安全隐患。因此,采用了一种应用于旋翼飞行器的新型自适应起落架,建立了其着陆动力学模型,并综合考虑了地况、飞行器着陆位姿状态、足端-地面摩擦力以及着陆速度等的影响。通过Simcenter3D进行全机着陆动力学仿真试验,得到了该构型自适应起降飞行器在不同速度和坡角条件下的着陆稳定边界。结果表明:相较于传统起落架,自适应起落架使旋翼飞行器可适应的地形坡角增大了50%,着陆稳定边界扩大了122%,有效提高了旋翼飞行器的地形适应能力和着陆稳定性。

某半轴支柱式起落架低频刹车诱导振动特性研究

针对起落架刹车抖振问题,以某半轴支柱式主起落架为对象,建立了该起落架的刚柔耦合动力学分析模型,进行了基本动力学模型校验,验证了模型的正确性和有效性。进而基于此模型建立了起落架刹车抖振动力学分析模型,并开展了起落架刹车抖振特性和参数影响研究。研究表明:起落架支柱刚度对起落架纵向刹车抖振现象影响较大,而结构阻尼、轮胎与地面之间摩擦系数对起落架刹车抖振现象影响较小。刹车力矩和刹车频率的增大都会使起落架纵向抖振现象趋于严重,当刹车频率从9 Hz增大33%时,轮轴处纵向加速度增长400%以上,轮轴处纵向位移和载荷增大超过100%;当刹车力矩从9000N·m增加33%时,起落架纵向位移和轮轴处纵向载荷增大50%左右,轮轴处的纵向加速度增长率超过200%。

新工科背景下研究生课程思政教学探索与实践——以航空航天特色专业研究生课程教改为例

以培养具有航空报国、创新超越意识的飞行器设计领域专业人才为目标,分析了高校研究生课程思政的建设现状,针对目前高校研究生教育的课程思政教改实践还未深入贯彻,特别是一些特色工科专业研究生课程的课程思政仍在起步阶段的问题,以航空航天类特色专业研究生课程“起落架设计基础”为抓手,通过课程思政建设总体设计、教学团队建设、思专融合的教学设计及协同育人路径等实践途径,开展研究生课程思政教学实践,打造了国家级课程思政示范课程,提出了“理论、实践、工程、综合”的研究生培养层次递进模型,研究了课程思政教学团队的建设原则与机制,提出三种不同的思专融合教学设计方法,并通过充分调动校内外资源实现协同育人。为新工科背景下研究生专业课的课程思政教学改革提供了具体思路与参考。

航母甲板风对舰载机进舰轨迹流场影响分析

舰载机着舰轨迹上的流场特性对舰载机的安全准确着舰具有重要影响。本文以"尼米兹"级航空母舰为研究对象,建立简化三维数模,并对其舰载机进舰轨迹进行分析。基于Ansys软件,采用结构化网格对整个流场分析区域进行网格划分,并进行流场仿真。分析不同风速和风向角下舰载机进舰轨迹上的流场特性,分析表明:舰载机进舰轨迹上的垂向风影响随着甲板风和风向角的增加而增大;侧向风随着甲板风的增加而震荡加剧,且风向角越大,侧向风峰值也随之增加。

发动机推力及拦阻力对起落架载荷的影响分析

以某型舰载飞机为研究对象,建立舰载机拦阻着舰动力学模型,考虑了拦截索拉力、气动力和发动机推力。对模型进行数值求解,分析在拦阻过程中发动机推力及拦阻力对起落架缓冲器轴力的影响。结果表明:在舰载机着舰前0.3 s内,发动机推力和拦阻力对起落架缓冲器轴力影响很小;0.3 s后发动机推力会同时增大起落架缓冲器轴力峰值;拦阻力会增大前起落架缓冲器轴力峰值,减小主起落架缓冲器轴力峰值。

飞机刹车系统方案设计及仿真分析

构建飞机刹车系统方案设计环境,以提高飞机刹车系统方案设计阶段的设计效率和质量。研究刹车装置参数和防滑控制系统参数的快速确定方法,通过迭代的设计思想使结果符合设计要求;估算刹车装置性能和刹车系统的动态特性。在MATLAB/Simulink中建立刹车系统模型,通过MATLAB引擎调用的方式进行刹车系统的动力学分析;以某无人机刹车系统为设计实例进行其刹车系统的方案设计,动力学仿真中刹车系统工作良好,与实际工作状况基本吻合。结果表明:本文提供的飞机刹车方案设计方法快速有效。

高速无人机着陆滑跑纠偏联合仿真研究

针对高空高速无人机着陆地面滑跑过程中的侧向偏移问题,建立了差动刹车和方向舵联合纠偏控制系统。使用动力学软件LMS Virtual.Lab Motion建立了包含阻力伞、气动舵面和起落架等设计因素的全机动力学模型,并与Matlab/Simulink控制模型进行全无人机着陆滑跑联合仿真分析,验证了在侧风情况下无人机着陆滑跑纠偏性能。仿真结果表明,所设计控制系统满足性能指标要求,在无人机的整个滑跑阶段均有良好的抗风纠偏效果。

某高速着陆无人机方向舵纠偏控制设计及性能分析

无人机高速着陆过程中,由于侧风或初始干扰导致的滑跑侧偏极其危险。基于高速状态下方向舵纠偏效率高的特点,建立某无人机高速着陆动力学模型,设计方向舵纠偏控制策略,并基于Matlab/Simulink平台建立无人机滑跑非线性动力学模型及方向舵纠偏控制模型;对具有初始1°偏航角和1m/s持续垂直侧风情况下的无人机着陆工况进行仿真分析,并通过控制着陆速度、着陆初始姿态角和侧风强度,分析纠偏控制系统的性能。结果表明:所设计的纠偏控制系统具有一定的航向纠偏和抗持续侧风能力,最大侧偏距小于3 m,偏航角小于5°,较好地实现了高速滑跑阶段的侧向纠偏性能。

双轮支柱式起落架低频刹车耦合振动性能研究

当前对于起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在纵向单自由度振动方面。建立双轮支柱式起落架多自由度低频刹车耦合振动多体动力学模型,在机身与主起落架连接处采用六自由度衬套模型模拟起落架支柱纵向、横向和扭转刚度及结构阻尼,对起落架纵向、横向以及扭转多自由度耦合振动特性进行分析。结果表明:低频刹车情况下起落架支柱刚度与刹车力矩幅值对于耦合振动的振幅、加速度、载荷影响较大;提高起落架结构刚度、阻尼、刹车力矩频率,减小刹车力矩幅值可以抑制起落架刹车耦合振动现象;双轮支柱式起落架左右机轮非对称刹车工况下,起落架会发生纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动,并且随着非对称刹车力矩频率与幅值差距的增加,耦合振动现象加剧。

火箭车水平助飞方案仿真及分析

地面辅助起飞是大起降质量差飞行器的重要起飞方式之一。地面辅助起飞系统起飞过程工况复杂,对飞行器的俯仰角响应提出了更高的要求,传统研究通常采用数值计算的方法,计算量大,过程繁琐,结果不直观。针对以上问题,以大型飞行器"霍托尔"为背景,采用分段式建模的方法建立地面辅助起飞系统的动力学模型,运用LMS Virtual.Lab Motion和MATLAB/Simulink进行联合仿真,并设计了控制俯仰角的PID回路。仿真结果表明,采用该方法得到的动力学模型合理,俯仰角控制系统能对俯仰角实现有效控制,起飞系统工作过程稳定。

Aircraft Electric Anti-skid Braking System Based on Fuzzy-PID Controller with Parameter Self-adjustment Feature

The principle of electric braking system is analyzed and an anti-skid braking system based on the slip rate control is proposed.The fuzzy-PID controller with parameter self-adjustment feature is designed for the anti-skid braking system.The dynamic model of aircraft ground braking is established in the simulation environment of MATLAB/SIMULINK,and simulation results of dry runway and wet runway are presented.The results show that the fuzzy-PID controller with parameter self-adjustment feature for the electric anti-skid braking system keeps working in the state of stability and the brake efficiencies are increased to 93%on dry runway and 82%on wet runway respectively.

航空航天特色的工程力学专业研究生培养路径探索

“新工科”背景下,现代航空航天技术发展对多元化、复合型工程人才提出了迫切需求,尤其对航空航天特色高校中的工程力学专业学位研究生的综合素质提出了新的要求。针对航空航天特色下工程力学专业学位研究生的培养模式,通过研判新时代航空航天行业工程人才的素质特质,摸索与实践了学科交叉与融合互通、校企协调与共享、国际化与特色化并举、理论与实践相结合的多维培养方法,以及“新工科”背景下的立德树人新思路,从而培养复合型、创新型、多元化的卓越工程人才,为“新工科”背景下的专业学位研究生培养体系建设提供参考。对推动我国国防现代化建设和航空航天技术及力学学科发展,具有较大的理论和现实意义。

舰载机前起落架突伸动力学分析及试验方法

为了了解舰载机前起落架突伸试验与实际突伸过程的当量关系,本文以某舰载机为研究对象,建立了全机弹射起飞动力学模型,进行了全机弹射起飞动力学分析,得到了前起落架突伸过程中的动态响应。提出了基于当量质量的前起落架突伸动力学试验方法,设计了试验方案,建立了前起落架突伸动力学试验分析模型,进行了突伸动力学分析。进而依据全机突伸动力学分析结果,对基于当量质量的前起落架突伸动力学试验中相关参数的选取进行了探讨研究,结果表明:当突伸当量质量系数取0.8时,突伸动力学响应特性与全机弹射起飞突伸过程的动态响应结果比较吻合。

双面贴补层合板压缩屈曲渐进损伤分析

贴补复合材料层合板在压缩载荷作用下的屈曲破坏强度及其损伤演化过程对于复合材料结构修理具有重要意义。本文基于应变和黏聚区模型(CZM)建立了贴补复合材料层合板的渐进损伤分析模型,引入复合材料与胶层的损伤判据和刚度退化方案,计算了结构屈曲强度。数值仿真结果和实验数据吻合较好,验证了模型的有效性。基于该模型,采用非线性有限元方法研究了压缩载荷下双面贴补复合材料层合板的屈曲损伤演化过程,并讨论了补片参数对结构屈曲强度的影响。研究结果表明:双面贴补复合材料层合板屈曲后,处于拉伸和压缩状态下的铺层中的损伤程度存在差异;增大补片直径与厚度可以在一定程度上提高双面贴补复合材料层合板的屈曲强度。