高空长航时无人机技术发展新思路

根据未来航空发展的战略需要,面向新一代高空长航时无人机的系统设计,十分有必要开展探索性、创新性和面向高空长航时无人机的关键技术研究.提出了高空长航时无人机技术发展的新思路和其瓶颈问题的解决方案.重点从高空长航时无人机多目标组合优化、气动-隐身一体化、能源动力、软件使能自主控制、自主导航、测控和信息传输、空天地多机分布协同等方面给出了可行技术方案和重点研究方向.这些技术的实现可增强高空长航时无人机系统方面的可持续发展能力,支撑和引领相关领域的技术发展.

高空长航时无人机导航系统研究

以高空长航时无人机为研究背景,从我国国情出发,对捷联惯性导航系统(SINS)、全球定位系统(GPS)、"北斗"卫星导航系统(BDSNS)和大气数据系统(ADS)在高空长航时无人机导航系统中应用的可行性进行了分析,在此基础上提出基于自适应联邦滤波的SINS/GPS/BDSNS/ADS组合导航系统方案,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程,给出了自适应联邦滤波算法,并设计开发了组合导航仿真系统。通过对GPS被关闭或限制使用等典型情况的计算机仿真,表明该系统具有较高的导航精度和良好的可靠性。

任务请求模式下无人机战场态势显示系统设计

任务请求模式是高空长航时无人机重要的作战使用模式,该模式下无人机侦察数据的判读和综合信息的显示存在着判读数据和综合信息所需的背景情报分散、目标关联困难等问题,需要将无人机的侦察数据、无人机综合信息与战场态势等相关背景信息进行情报结合和关联显示。为此,通过分析任务请求模式下高空长航时无人机作战模式和态势信息流程,总结该作战模式下无人机态势信息显示的可行性需求,进行了任务请求模式下无人机战场态势显示系统的概要设计。该系统利用通用战场态势等背景信息辅助进行无人机侦察数据的判读和综合信息的显示,可有效辅助无人机侦察任务的开展和执行。

高空长航时无人机航迹优化研究

主要探讨了高空长航时无人机的最省油的爬升-巡航航迹。采用改进了的遗传算法,求解了无人机从起飞到达目标区的最优航迹,并与传统的飞行方式作了比较。结果表明,采用改进了的遗传算法得到的航迹可以有效地减少无人机的耗油量,具有明显的经济、军事意义。

高空长航时无人机的发展特点及技术难点探讨

未来信息化战争的需求使得高空长航时无人机系统的发展在世界范围内得到了空前的重视,并在技术、性能和作战使用上呈现出许多新的特点。文章综述了国际上典型高空长航时无人机的发展动态和趋势,对隐身设计、可变机翼设计及超高空超长航时无人机发展热点给以关注,对面临的技术难点问题进行了分析和讨论。

无尾飞翼式高空长航时无人机纵向控制律设计研究

以某无尾飞翼式高空长航时无人机为研究对象,分析了自然飞机在高空巡航状态时的纵向稳定性,介绍并改进了传统的无人机巡航状态纵向控制律设计方法。通过在Matlab/Simulink中建立仿真模型,对两种方法进行对比分析。分析结果表明,由于无人机飞控系统的自动驾驶仪是始终在环的,不必像传统方法一样考虑带有增稳的控制系统的稳定性。因此,改进的设计方法更适合于无尾飞翼式高空长航时无人机巡航状态的纵向飞行控制系统的设计。

发展中的高空长航时无人机

本文综述了高空长航时无人机的概况和特点，分析探讨了高空长航时无人机的关键技术和应用前景。

高空长航时无人机用涡扇发动机关键技术分析

针对目前高空长航时无人机(HALE UAV)在信息化战争中应用越来越广泛、地位越来越重要的现状,介绍了高空长航时无人机对动力的需求,总结了国外高空长航时无人机用涡扇发动机的发展现状,分析了其技术特点,提出了我国发展高空长航时无人机动力需突破的关键技术。

神经网络在高空长航时无人机翼型多点优化中的应用

NSGAII算法在翼型多点设计中有着广泛的应用价值,然而其巨大的计算资源和计算成本限制了它的使用。为了解决这个问题,本文引入具有较强非线性映射能力的神经网络代理模型,采用实验设计结合BP法训练神经网络响应面来代替N-S方程求解翼型的性能。在实验点的数值模拟中,为了进一步节省计算资源,提高计算效率,采用网格的变形代替网格的重新划分,使得计算网格的更新速度提高了约50%。在翼型的参数化过程中,采用改进的PARSEC方法,用较少的参数实现了翼型的精确控制。为了增强神经网络的泛化能力,采用12-7-4-3-1的隐层结构。对NLF1015翼型的多点优化算例表明,此方法不仅显著降低了整个优化过程的计算量,而且对翼型的气动性能预测也具有较高的可信度,在高空长航时无人机的翼型设计中具有一定的潜力。

高空长航时无人机结构重量估算方法研究

在对高空长航时无人机总体参数统计数据分析的基础上,利用线性回归分析的方法并结合工程实践经验推导出高空长航时无人机结构重量估算公式;以美国的高空长航时无人机"全球鹰"(global hawk)为例进行估算,结果验证了结构重量评估公式的合理性和可用性;在此评估公式的基础上运用数学方法推导出反映高空长航时无人机总体参数变化与结构重量变化规律的数学公式,并对总体参数的敏感性进行了分析。在飞机总体设计过程中,充分考虑总体设计参数对飞机各部分结构重量的影响规律,就能够使高空长航时无人机结构重量的估算结果更加准确合理。

高空长航时无人机实用升限试飞技术研究

实用升限是高空长航时无人机设计定型阶段的一项重要考核指标,本文针对高空长航时无人机实用升限试飞特点,从爬升油门控制方式选择、有利爬升速度确定、试飞操纵方法设计、试飞剖面航路规划、试飞风险评估分析5个方面对高空长航时无人机实用升限试飞方法进行设计。为将实际飞行数据向标准条件换算,确定了一套适用于高空长航时无人机实用升限试飞的数据处理方法。研究表明,本文提出的实用升限试飞技术可以满足高空长航时无人机设计定型试飞验证需求,同时还可以指导其他类型无人机的实用升限试飞工作。

高空长航时无人机发动机工作稳定性研究

高空、低速飞行会对高空长航时无人机发动机压缩系统和燃烧室的稳定性产生不利影响。为评估高空长航时无人机发动机工作稳定性,采用无量纲分析法,对其燃烧稳定性和供油匹配性进行了研究。结果表明:随着飞行高度的增加,无量纲燃油流量逐渐增大,发动机转速变化引起的燃油流量变化越大,发动机越易进入不稳定工作区。该发动机停车时无量纲燃油流量严重偏离正常工作点,发动机富油熄火。无量纲转速为5.45时,发动机的富油稳定裕度为26%。相比于等高度减小法,利用无人机等状态爬升法进行主油路通断试飞,发动机的工作稳定性更高。无量纲分析法对高空长航时无人机工作稳定性分析及试飞方法设计具有重要意义。

某型涡扇发动机润滑系统高空适应性改进设计

某新型高空长航时无人机动力装置是在国产某涡扇发动机的基础上改进设计的。为了解决其润滑系统高空适应性问题,这里利用原型机润滑系统主要元件(滑油泵、燃滑油散热器等)和整机地面实验数据,结合理论分析与计算,建立了润滑系统的供油系统和冷却系统的数学模型,对原型机润滑系统进行了详细全面的计算和分析。在此基础上,提出了润滑系统适应高空性能的改进设计方案,即在保持流量基本不变的情况下降低滑油泵转速,在气路上增设高空活门。

高空长航时无人机总体参数多目标优化

以高空长航时无人机的总体方案研究为背景,对高空长航时无人机总体参数建立了多目标优化模型,运用多目标遗传算法进行优化设计,最后通过建立的计算机程序得出优化结果。多目标优化用于高空长航时无人机总体参数优化,可以更加合理地评价高空长航时无人机的总体参数的最佳组合,避免设计上的缺陷,提高设计效率。结果表明,高空长航时无人机优化后的总体性能得到改善,说明该方法适用于高空长航时无人机总体方案的优化设计,对方案研究有一定参考价值。

基于柔性梁模型的大展弦比无人机动力学建模与分析

高空长航时大展弦比无人机机翼结构刚度小,在飞行中变形幅度大且特征频率低,与无人机飞行动力学响应耦合,改变了无人机的飞行动力学特性。为研究其影响,对大展弦比机翼结构进行空间梁假设,利用Hodges本征梁动力学模型,结合大展弦比气动力片条理论和准定常假设对无人机进行建模,计算配平状态下无人机的静变形。机翼柔性改变了无人机的纵向静稳定性,在不同推力分布下,计算并比较柔性无人机纵向静稳定性变化。计算不同飞行高度、结构刚度和有效载荷挂载情形下的无人机的纵向飞行品质,结果显示由于静弹性变形改变无人机配平状态下的俯仰转动惯量,导致无人机的纵向短周期频率减小,阻尼增大。由于机翼柔性的影响,无人机纵向长周期运动与结构弯曲变形运动发生耦合。

高空长航时无人预警机气动及电磁特性研究

高空长航时无人预警机具有反应迅速、成本低廉、覆盖范围广等优点,是侦察卫星、高空飞艇等侦察平台的重要补充。基于天线特性,提出两种将柱面天线与高空长航时无人机融合的布局形式,将雷达反射面天线布置于无人机中段,并分析两种布局在气动及电磁特性的差异,为此类特种高空长航时无人预警机的设计提供了一定的理论依据。

高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机关键技术

自无人机诞生并应用于实战以来,无人机技术得到了迅猛发展。随着各领域高科技技术的进步,战场环境日趋复杂,作战任务向高危对抗战场拓展,高空长航时飞翼无人机成为各国研究的热点。本文论述了高空长航时飞翼无人机对涡扇发动机的要求,结合航空发动机基本原理分析了关键设计参数对涡扇发动机性能的影响,总结了高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机面临的关键问题及研究进展。本文的研究对于高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机的选型及适应性改进设计具有一定的参考价值。

高空长航时无人机螺旋桨后掠桨叶气动研究

由于螺旋桨高速性能欠佳,飞行速度在偏离设计点时气动效率下降很快,以螺旋桨为推进系统的高空长航时无人机难以满足快速爬升和快速机动的设计要求。针对这一问题,将桨叶后掠设计方法应用于高空长航时无人机螺旋桨上,在无后掠桨叶的基础上,分别设计了后掠角为10°、20°、30°、40°、50°五个后掠桨叶。基于周期性边界条件和多重参考系方法求解三维N-S方程,对不同后掠桨叶的气动性能进行了计算。根据计算结果,分析了无后掠螺旋桨气动性能下降的原因和后掠对桨叶气动性能的影响。研究结果表明:高空长航时无人机螺旋桨气动性能下降的原因是定桨距螺旋桨桨叶迎角随飞行速度提高而减小以及桨尖压缩效应的影响;后掠桨叶能提供更大的拉力但也需要更大的功率,当后掠角度处在30°和50°之间时,螺旋桨高速性能最好;后掠桨叶螺旋桨的气动性能受迎角变化、桨尖三维效应、桨尖激波强度、激波-附面层干扰综合影响。

基于联邦滤波的无人机组合导航系统设计

以高空长航时无人机为研究背景,提出了基于联邦滤波的捷联惯导/卫星导航/天文导航的组合导航系统方案,给出了组合导航系统的状态模型和量测模型,设计了联邦滤波器并开发了组合导航方案的仿真系统,对于两个子系统的导航性能和总体方案的导航性能分别进行了仿真分析,证明了方案的合理性和可行性,为进一步研究导航系统中故障诊断和容错控制提供了依据。

高空长航时太阳能无人机的技术挑战

高空长航时太阳能无人机的基本工作原理、使命任务和使用环境等与常规动力飞机不同,具有巡航高度高、续航时间长、外形尺寸大、飞机翼载小、飞行剖面简单和绿色环保等特点,适于执行侦察监视、大气监测和通信中继等军民用任务。本文结合某大型太阳能无人机的工程研制,从太阳能电池转换效率、蓄电池性能、太阳能飞机多学科优化设计、低雷诺数气动力设计与试验、复合材料设计与制造、大展弦比机翼非线性气动弹性设计、高效动力系统集成、大尺寸柔性翼飞机飞行控制系统设计、临近空间环境适应性等多个方面剖析了高空长航时太阳能无人机研制面临的技术挑战。