直升机垂直飞行鲁棒控制系统设计与仿真

应用基于 Lyapunov直接法的非线性不确定系统鲁棒控制方法 ,为某型直升机垂直飞行模态设计了鲁棒控制律 ,该控制律能保证闭环系统具有全局稳定性。为验证所设计鲁棒控制律的有效性 ,对直升机垂直飞行的三种机动 :设定点悬停、起飞着陆机动和忽上忽下机动 ,分别进行了闭环系统仿真。仿真结果表明 。

基于安全性的电动垂直起降飞行器飞控系统架构设计

飞行控制系统作为电动垂直起降(electric vertical take-off and landing,eVTOL)飞行器的关键机载系统,需要具备和民机同样的安全性。为了设计满足eVTOL飞行器需求的飞控系统架构,根据适航规章梳理了安全性要求,并基于安全性要求介绍了eVTOL飞行器飞控系统飞控计算机、传感器和作动器余度设计技术,设计了一种基于安全性考虑的eVTOL飞行器飞控系统架构;分析了eVTOL飞行器旋翼构型下的典型功能危险,并采用故障树进行了安全性分析。结果表明,设计的飞控系统架构的典型功能危险能够满足失效概率的要求。

利用旋翼机和固定翼飞机的空气动力学理论综合估算电动垂直起降飞行器的飞行性能

根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降(Electric vertical takeoff and landing, e VTOL)飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋翼和螺旋桨的气动性能采用传统动量理论分析和旋翼元素分析。本文利用此综合理论研究了12架e VTOL飞行器的飞行性能,包括多旋翼飞行器、矢量推进飞行器和升力巡航飞行器。计算了悬停、爬升和下降以及巡航水平飞行,不同飞行状态时驱动电机、旋翼和机身的飞行特性。据此,可以进一步确定电力推进系统的性能指标,以匹配螺旋桨或旋翼,从而满足飞行任务。

电动垂直起降飞行器发展现状及其在航空医疗救援中的应用展望

介绍了电动垂直起降飞行器的基本概念、发展历程、分类方式、特点及优势,从时间、空间、运送能力和安全性等4个维度分析了电动垂直起降飞行器在航空医疗救援中应用的可行性,指出了电动垂直起降飞行器在院前急救、院际转运和应急医疗救援等方面具有较好的应用前景。

基于双环设计的PD垂直起降飞行器轨迹跟踪控制

论文针对垂直起降飞行器在轨迹跟踪控制过程中存在不确定性和外部扰动的问题,提出了一种基于双环设计的PD轨迹跟踪控制方法。首先,基于前馈补偿对垂直起降飞行器控制器进行PD控制方法设计,其次,将轨迹跟踪系统分为内外两个控制环路,最后进行Matlab/Simulink的仿真实验验证。研究结果表明,基于双环设计的PD控制方法使得垂直起降飞行器性能指标较好,能补偿控制系统所受到的内外干扰,提高控制系统的稳定性。

电动多旋翼垂直起降飞行器最优续航性能分析

采用动量理论计算电动多旋翼垂直起降飞行器悬停和前飞的需求功率;采用Peukert模型模拟电池放电,建立了电动多旋翼垂直起降飞行器最优续航性能分析方法;基于某型六旋翼电动垂直起降飞行器平台,对最优续航性能进行了分析。结果表明,悬停和匀速前飞均存在最优的电池重量比2,使得续航时间最大,且该比值与电池性能参数无关;对于续航里程,最优电池重量比与电池Peukert系数n有关。为获得飞行器重量和续航性能之间的平衡,电池重量比需低于最优电池重量比。

小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析

小型电动垂直起降飞行器的悬停续航性能取决于推进系统的性能。基于电池、电机、电调的质量模型和螺旋桨的推力-功耗关系,利用电池的恒流放电模型建立了垂直起降飞行器的续航时间评估模型,分析了推进系统参数和有效载荷对飞行器续航性能的影响规律,研究结论可用于电动垂直起降飞行器的总体设计和推进系统选型。

齐齐哈尔机场空域春秋季鸟类的飞行垂直空间格局

2012年8 ～10月和2013年4～5月,对齐齐哈尔机场春秋两季鸟类飞行垂直空间格局进行了调查,主要调查机场空域不同垂直高度下的飞行鸟类及其数量,并对其鸟类组成进行多样性指数分析,再进行鸟击危害指数的分析及排序.结果发现：齐齐哈尔机场春季分布鸟类共39种,秋季分布32种.在0 ～20 m、20～ 40 m、40～ 100 m及100 m以上4个不同垂直空域中,春季鸟类多样性指数为H20～40m＞H0～20m＞H40～100m＞ Hm0m以上;秋季鸟类多样性指数为H0～20m＞H20～40m＞H40～100m＞H100m以上.春季均匀性指数为E100m以上＞E0 ～20m＞E20～40m＞E40～100m;秋季均匀性指数为E40～ 100m＞E20～40m＞E0～ 20m＞E100m以上.春秋两季在0 ～20 m空域与20～ 40 m空域的鸟类相似性系数最高.春季鸟击危害指数为R20 ～40m＞R0～20m＞R40 ～ 100m＞R100m以上;秋季鸟击危害指数为R20～40m＞R40～100m＞R0～20m＞R100m以上.20 ～100 m空域鸟击危害指数均较高,是鸟击预防的重点空域.由此,确定了齐齐哈尔机场春秋两季重点预防鸟类及空域,并提出了相应的预防鸟击事件发生的措施及建议.

欠驱动VTOL飞行器的自耦PID控制方法

针对非最小相位欠驱动垂直起降(vertical taking-off and landing, VTOL)飞行器的控制难题,提出了一种自耦PID(auto-coupling proportional-integral-differrential, ACPID)控制理论方法.首先通过坐标变换将VTOL飞行器的质心映射为Huygens振动中心,不仅能实现新系统控制输入解耦,而且也能避免非最小相位VTOL飞行器零动态不稳定的问题;然后对Huygens振动中心分别设计纵横向位置的ACPID控制器,并分别获得VTOL飞行器底部推力和滚转姿态角虚拟指令,进而设计滚转姿态角的ACPID控制器形成滚转力矩,从而实现VTOL飞行器系统的位置跟踪控制;最后通过复频域分析理论证明闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.理论分析和仿真结果都表明了本文方法的有效性,在非最小相位欠驱动控制系统领域具有重要的科学意义和广泛的应用前景.

垂直升降机飞行器人的发展现状及趋势

垂直升降飞行机器人可简称为无人机，是指飞机上没有驾驶员，飞机自主飞行，其飞行状态、线路等由无线遥控或自身程序控制，在大气层中利用空气动力承载飞行，并可重复使用的一类飞行器。

无尾布局垂直／短距起降飞行器动力学与飞行控制

无人作战飞机是航空武器装备的重要发展方向，垂直／短距起降能力是下一代作战飞机和舰载作战飞机的追求目标之一。无尾布局垂直／短距起降飞行器具备提高生存性必须的隐身能力和近距空战所倚重的超机动飞行能力，但也产生了一系列增稳与控制问题。本文以某型原理验证机为背景，进行了平台的总体设计，在此基础上建立无尾布局垂直／短距起降飞行器的数学模型，并通过智能自适应方法对其进行控制，控制量通过控制分配合理的协调各操纵面，最后在MATLAB7．0／Simulink环境下通过数字仿真进行了验证，结果证明了本文所提设计方法的有效性。

新型飞行器垂直起降姿态稳定性控制研究

可垂直起降飞行器是一种同时具有多旋翼飞行器和固定翼飞行器的优点的飞行器,可以实现垂直起降、空中悬停、高速大航程飞行,未来有着巨大的研究价值和发展潜力。姿态控制是飞行器控制的重要基础,垂直起降飞行器动力学模型在飞行过程中会发生很大的改变,姿态稳定性控制难度较大。首先介绍一种新型变结构垂直起降飞行器,在对其建立动力学模型的基础上,采用线性自抗扰控制方法,针对垂直起降模式下的姿态控制问题设计了控制器。通过仿真对比,验证了所提出的自抗扰控制器具有调节时间短、鲁棒性强等一系列优越性能。仿真结果表明,与目前常用的PID控制方案相比,自抗扰控制方案大幅提升了飞行器垂直起降模式下的姿态稳定性控制效果。

离子阀技术在垂直引入式飞行时间质谱仪中的应用

垂直引入式飞行时间质谱仪(O-TOF MS)是以脉冲的工作方式对样品进行检测,对于离子源产生的连续离子流利用率极低。为了使O-TOF MS更好地匹配离子源,在自制的大气压接口垂直引入式飞行时间质谱仪(API-O-TOF MS)的基础上开发了离子阀技术,将原本连续进入推斥区的离子流调制为与推斥脉冲同步的离子团,提高推斥占空比,进而提高离子利用率。通过进一步研究富集原理以及分析富集参数的影响,确定了离子富集的最佳参数。以PPG-1000为实验对象,在同等条件下,离子信号强度普遍提升1个数量级以上。该结果表明,离子阀技术在O-TOF MS中的应用可有效提高仪器的离子利用率。

基于有限时间观测器的VTOL飞行器跟踪控制

针对垂直起降(VTOL)飞行器的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种基于有限时间控制的输出反馈控制方案。采用系统分解技术将原系统解耦成2个子系统,将原系统的输出轨迹跟踪问题转化为2个子系统的镇定问题。对解耦后的系统,利用滑模控制方法设计了一种状态反馈控制律,所设计的控制器能够保证闭环系统有限时间稳定。考虑部分状态不可测量情况下的VTOL飞行器轨迹跟踪控制问题,提出了一个有限时间快速收敛观测器,基于有限时间快速收敛观测器提出了有限时间输出反馈控制律。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的跟踪性能,能够实现飞行器对给定参考轨迹的快速、准确跟踪。

电动垂直起降飞行器的发展现状研究

近年来,电动垂直起降(eVTOL)飞行器在城市空运中得到快速发展。本文介绍了近5年来世界范围内主要的在研电动垂直起降飞行器项目,从飞行器布局形式、总体设计参数、推进系统类型、飞行控制等级等方面进行了归纳和总结,分析了不同构型下相应电动垂直起降飞行器的主要特点,辨识了电动垂直起降飞行器作为一类特殊飞行器在产品实现过程中涵盖的主要关键技术,提出了电动垂直起降飞行器未来的发展路线,并指出了其商业化发展所面临的主要挑战。

无人电动垂直起降飞行器在未来城市空中交通中的发展

随着城市化进程的高速推进,城市早晚高峰拥堵、环境污染等问题日益严重,城市空中交通作为一个新兴的航空领域应运而生,也推动了城市空中交通的主力军无人电动垂直起降飞行器的开发应用。无人电动垂直起降飞行器吸引了包括航空航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方及学术界的广泛关注。本文系统地综述了国内外对无人电动垂直起降飞行器的研究现状及城市空中交通面临的困难与挑战。展望未来,在全球各国政策的鼓励支持下,无人电动垂直起降飞行器的研究将改变人类的生活方式,带领人类进入飞行时代。

Φ5m立式风洞直升机垂直升降试验台研制

中国空气动力研究与发展中心研制的Φ5m立式风洞直升机垂直升降试验台具有旋翼转速、旋翼轴倾角、旋翼总距、旋翼周期变距等远程实时控制功能,可开展直径2~3m量级旋翼模型的桨尖马赫数相似试验。获得的试验数据表明,试验台性能优良,已经形成了旋翼模型垂直升降试验能力,具备了承担直升机垂直升降性能试验及机理研究的能力。

面向乘员安全的飞行汽车整机设计

目的 以飞行汽车旅航者X2为例,探讨面向乘员安全的飞行汽车关键硬件与系统的整机设计实践。方法 通过分析现阶段的飞行汽车设计标准、支持政策、用户需求,形成面向乘员安全的整机产品定位和设计概要。结果 开展高安全整机结构设计、降落伞安全设备、高可靠飞控系统等关键部件的研究,形成各部件的基础理论体系及设计实践方案。结论 通过对飞行汽车整机设计实践过程中各环节进行分析和评估,为开发基于乘员安全的飞行汽车的整机设计在工业造型设计、工程结构和系统设计深度融合和协同创新提供新思路。

电动垂直起降飞行器的技术现状与发展

电池、电机技术的进步和分布式电推进系统的应用极大促进了电动垂直起降飞行器的发展。本文概述了不同电动垂直起降飞行器构型优缺点及适用场景,并从性能、经济性等方面对电动垂直起降飞行器与常规燃油飞行器进行了全面对比。在噪声特性方面,电动垂直起降飞行器旋翼间、旋翼-机翼等干扰噪声更为突出,而低桨尖速度、大实度的电推进旋翼系统极大降低了全机噪声水平(噪声降低约15 dB)。在能源方面,锂离子电池是当前和未来电动垂直起降飞行器的主要能源;先进的电池材料体系、电池-机体结构一体化设计及优良的电池管理系统是未来提升全机能量密度和能源安全的有效方式。电动垂直起降飞行器冗余操纵特点增加了飞控系统设计难度,但同时也能够提高全机安全性;故障重构与协同控制是飞控系统设计面临的新课题。电动垂直起降飞行器不仅构型种类丰富且具有高压电动力、电推进、电传飞控、电作动等新颖设计特征,当前缺少试飞数据的情况下,基于系统的工程方法是开展其安全性设计的主要方法。

垂直下降状态下的旋翼三维流场数值模拟

应用激励盘模型,采用计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法结合动量叶素理论,计算了旋翼在垂直下降时的流场特征与气动性能.计算过程中,旋翼载荷被描绘成沿桨盘径向分布、与当地流动参数相关的压力源项.在直角坐标系中,运用有限体积方法直接求解了定常不可压N-S(Navier-Stokes)方程,湍流模型为S-A(Spalart-Allmaras)一方程模型,重点使用诱导速度经验公式计算出了压力源项.旋翼流场模拟结果和性能预计结果同实验测量数据吻合较好,表明这种CFD方法可以有效地分析旋翼下降飞行时的空气流动特性,为进一步的涡环状态研究提供了参考.