应用PIV测量缩比共轴双旋翼流场特性的研究

采用粒子图像测速(Particle image velocimetry,PIV)技术对一缩比共轴双旋翼模型在悬停和以不同前进比前飞时的流场进行水洞实验。测量得到了旋翼流场的瞬时涡量的速度分布,桨尖涡的脱落轨迹,悬停时的尾迹边界和前飞时的尾迹边界等流场特性参数分布。研究了不同状态下共轴双旋翼流场的气动干扰特性。在悬停时,下旋翼的桨尖外侧有上洗流现象,而下旋翼则没有。与共轴双旋翼性能试验数据比较得出,在悬停时共轴双旋翼形式存在有利的相互气动干扰现象。实验还得出了悬停和不同前进比前飞时桨尖涡的脱落轨迹。

无人机姿态控制系统设计及仿真

在无人机飞行姿态优化控制的研究中,由于无人飞行器空气动力学特性复杂,受空气扰动、测量噪声等因素影响,难以建立精确控制数学模型。为此提出一种双闭环复合控制策略,对外环姿态采用动态逆控制生成目标角速率,内环角速率控制采用扩张状态观测器以及滑模变结构控制相结合的复合控制策略,并对控制策略进行了用专业飞行模拟软件X-plane和仿真计算软件MATLAB进行数字仿真。仿真结果表明,上述控制策略能够在不需要建立飞行器精确模型的前提下实现被控对象姿态的精确跟踪,具有很强的鲁棒性和自适应能力。

复合式直升机旋翼/机身干扰流场数值计算

复合式直升机是增加直升机最大飞行速度的一种有效方法,但和传统直升机相比,其旋翼与机身之间存在更为严重的气动干扰。基于结构运动嵌套网格技术,通过求解雷诺平均N-S方程,建立一套适用于复合式直升机流场计算的数值模拟方法。通过构造两种不同构型的复合式直升机作为算例,研究了不同飞行状态下复合式直升机旋翼/机身的干扰气动特性。研究结果表明,带有辅助机翼的机身对旋翼功率系数的影响优于常规机身;在小速度前飞时共轴旋翼比单旋翼对机身的影响大;在高速前飞时,旋翼对机身的干扰较弱。

基于UKF的共轴式无人直升机模型辨识

建立了共轴式无人直升机系统非线性模型,并针对其非线性强,不同飞行模态下气动参数差异等问题,将无迹卡尔曼滤波(UKF)引入共轴式直升机系统非线性模型辨识,不但避免了直升机线性模型仅仅适用于悬停模态的局限性,同时为直升机系统在线自适应控制提供了基础条件,使得共轴式无人直升机自主全包线飞行成为可能.以北京航空航天大学FH-1共轴式无人直升机为例进行了仿真辨识实验.实验结果表明基于该方法的共轴式直升机在线非线性模型辨识不依赖于参数初值的选取,模型参数能在10s内收敛,各状态量辨识精度达到80%以上,明显高于传统的预报误差法(PEM),具有一定的实用性.