微型飞行器的低雷诺数、非定常气动设计与分析

低雷诺数和非定常气动特性是微型飞行器有别于常规飞行器的主要特点。首先简要介绍了飞行雷诺数的含义,并从低雷诺数的附面层特性和其对气动力的影响两方面分析了雷诺数对气动特性的影响,并给出了两种低雷诺数微型飞行器的空气动力学计算方法。接着分析了固定翼、旋翼、扑翼三类微型飞行器的非定常运动特征,重点介绍了仿生扑翼微型飞行器的非定常运动及其实现途径。然后介绍了旋翼气动力简化计算方法、非定常空气动力计算的N-S方程数值方法,并给出了低雷诺数非定常气动设计软件和应用案例。最后,提出将人工智能的方法引入微型飞行器控制系统势在必行,这将是飞行器自主感知,最终解决控制问题的重要途径。

一种变轴螺旋桨水空跨域无人航行器设计和控制技术

针对海上无人航行器的任务需求,提出了一种多螺旋桨可变轴倾转的水空跨域无人航行器,给出了水下航行、水面滑行、空中旋翼模式、空中固定翼模式多种形态的总体设计和相应的飞行控制技术。在进行多种环境下无人航行器动力学分析的基础上,重点给出了各飞行区域中的控制策略,尤其是过渡阶段的控制。一是从水下航行向水面滑行的过渡控制,除了涉及到两相流,还运用了倾转螺旋桨与舵面融合控制技术。二是从垂直起飞旋翼模式到螺旋桨转至水平位置固定翼飞行模式的过渡控制。文中阐述了空中倾转旋翼过渡阶段的俯仰控制和高度保持控制方法,还给出了自行研制的试验样机并进行了飞行控制航行试验。通过从水下航行转到水面滑行的成功试验和在空中倾转旋翼过渡阶段成功实现高度保持的稳定飞行试验,验证了文中设计和控制方法的有效性。

一种自适应抽样的代理模型构建及其在复材结构优化中的应用

提出了基于一种自适应抽样和增强径向基插值的自适应代理模型方法,这种自适应抽样方法以确定适量的样本点数量和提高代理模型自适应能力为目的,使新增样本点位于设计空间的稀疏区域并确保所有的样本点均匀分布于设计空间以提高代理模型精度。标准误差用来判断代理模型的精度大小并决定是否对代理模型进行更新。一种条件随机抽样被用来对比本文的自适应抽样方法。经过对比验证发现,采用自适应抽样方法的代理模型精度比条件随机抽样方法的代理模型精度高。这种自适应代理模型结合多岛遗传算法被用来优化旋翼臂的碳纤维增强环氧树脂复合材料铺层角度使得旋翼臂的一阶模态频率最大。优化结果表明,不同的碳纤维增强环氧树脂复合材料铺层角度对旋翼臂的一阶模态频率值影响较大,优化结果获取了最优铺层角度,旋翼臂的一阶模态频率值被提高以远离激励频率而避免旋翼飞机的共振。

Flight mechanism and design of biomimetic micro air vehicles

This paper summaries the investigations on natural flyers and development of bio-mimetic micro air vehicles(MAVs)at NUAA,China,where the authors have led a group to conduct research for a decade. The investigations include the studies of low Reynolds number aerodynamics,unsteady computational fluid dynamics and flight control for the fixed-wing MAVs,the bird-like MAVs,the dragonfly-like MAVs and the bee-like MAVs.