类Starship飞行器大迎角动态特性数值研究

再入飞行器的动态稳定性是其任务成败的关键因素,因此有必要对新型类Starship飞行器大迎角动态特性进行深入研究。为辨识动导数,采用基于分区弹簧近似法动网格技术的非定常N-S方程求解器开展强迫振动的数值仿真。有限体积离散采用Roe格式及SST湍流模型,时间方向采用全隐式GMRES方法进行迭代求解。在高超声速弹道外形(Hyper ballistic shape,HBS)标模验证的基础上,获得了类Starship飞行器典型大迎角状态下不同飞行马赫数、重心位置、操纵面偏转角、迎角和减缩频率的俯仰动导数变化规律:典型状态下,俯仰动导数超声速时为负,亚声速时为正;随不同因素的变化,Ma=0.3和Ma=5.0时的俯仰动态特性差异明显;高速下操纵面上偏会导致阻尼减小,且后翼影响更显著。计算结果表明了本文方法在宽速域、大空域复杂外形飞行器动态特性辨识中的应用价值。

类星舰飞行器翻转着陆轨迹优化

星舰是美国太空探索技术公司(SpaceX)研制的新一代可重复使用航天运输系统。该类型飞行器的着陆过程与传统航天器截然不同,具有姿态机动大、约束条件多、精度要求高的特点。首先研究了类星舰飞行器翻转着陆段的动力学模型,将发动机摆角响应引入动力学方程来抑制发动机摆角振荡问题。接着,基于凸优化方法设计了可以考虑姿态机动和典型约束条件下类星舰飞行器飞行时间自由的翻转着陆轨迹优化算法。为了提高算法的收敛性,使用虚拟控制、在目标函数中惩罚信赖域并给出了初值选取方法。最后,结合数值优化结果,分析了不同初值选取方法、发动机摆角响应、着陆发动机个数和优化目标选取对翻转着陆过程的影响。

尾喷管构型对类乘波飞行器性能影响

采用二维耦合隐式欧拉方程和标准k-ε湍流模型对类乘波飞行器内外流场进行了数值仿真研究,离散采用二阶迎风格式,在考虑粘性影响的前提下,分析了倾角为8,°11,°13°和15°的尾喷管对类乘波飞行器分别处于进气道关闭、发动机通流以及发动机点火三种不同的工作状态下性能的影响。结果表明当尾喷管倾角为11°时,飞行器的升力特性、阻力特性和俯仰力矩性能得到了权衡,性能得到了提高,为下一步的改进工作提供了参考。

类乘波体飞行器气动加热的工程计算方法

针对类乘波体总体优化设计的需要,采用参考温度法和经验公式,计算了类乘波体飞行器在助推段和巡航段的气动加热.利用气动加热、蒙皮表面热辐射以及蒙皮内部热传导建立了热流量方程,求出了机身驻点和机翼前缘在助推段的温度-时间历程,以及巡航段内机身机翼迎风面中心线上的温度分布.结果表明,助推段驻点温度上升很快,在巡航一段时间后温度逐渐达到平衡;沿机身方向边界发生转捩,转捩区内温度增加,高马赫数可推迟转捩点,大攻角则提前转捩点.该方法可应用于高超声速类乘波体飞行器的概念研究和多目标优化设计.

类扑翼飞行器及其叶片流场特性研究

为了简化扑翼机构的结构和运动控制,采用半转机构及内凸轮传动,设计了一种新型的类扑翼飞行器。对类扑翼飞行器的结构组成及叶片运动原理进行了分析。基于FLUENT建立了叶片流场分析模型,对双叶片运动流场进行了仿真分析,获得了叶片流场特性的变化规律。研究结果表明:在一个运动周期中双叶片周围的流场速度矢量、压力分布和升力系数是随叶片方位变化的,两个叶片之间存在很强的相互影响;前半周的叶片升力系数大于后半周的升力系数;增加叶片大小和两叶片的中心距可有效提高升力系数。该研究为类扑翼飞行器的升力计算提供了可行的方法,对于修正该飞行器的升力计算模型具有重要的指导意义。

类乘波体飞行器的气动力工程计算(英文)

为估算高超声速类乘波体飞行器的纵向气动力,以三角形面元逼近飞行器外形,根据飞行器迎/背风面情况分别采用达黑姆-巴克法、普朗特-迈耶耳法、切锥法和膨胀波方法计算无粘气动力;通过经验公式估算粘性阻力,并考虑飞行器主要部件之间的气动干扰情况,计算了翼片之间、翼身之间的气动干扰因子,得到整个飞行器的气动力。为验证该方法,以某飞行器为例进行了计算,计算结果与CFD吻合。

基于神经网络的类乘波体飞行器FADS算法研究

大气数据是飞行器飞行的重要参数,大气数据系统是必备的机载航电系统。嵌入式大气数据系统(FADS)是新一代大气数据系统,可用于类乘波体飞行器。飞行器外形特殊,大飞行包线内FADS压力场模型复杂,解算算法尚不完备。针对飞行器的特点,利用三维几何建模和计算流体动力学(CFD)计算的方法,分析FADS压力场模型特性,设计并验证了基于神经网络的类乘波体飞行器FADS算法,结果表明,算法对马赫数、攻角和侧滑角大气参数的解算可行有效。

类乘波飞行器弹道性能研究

火箭基循环发动机作为飞行器的推进系统,同时兼顾较大推重比和高比冲,将火箭基组合循环发动机和类乘波飞行器机身一体化,考察其对飞行器弹道性能的影响,具有深远意义。对类乘波飞行器飞行弹道分别建立大气模型、动力学模型、空气动力模型和推进模型,采用龙格-库塔法研究其弹道性能随时间的变化趋势,结果表明该飞行器在助推结束后消耗燃料少,占总质量的比重不超过5%,且助推结束后前50 s速度和飞行航道倾角变化剧烈,随后变化渐趋平缓,利于控制,能够满足未来空天飞行器对安全性和可靠性的要求。

类乘波飞行器进气道/隔离段数值仿真研究

采用二维耦合隐式NS方程和标准k-ε湍流模型对超燃冲压发动机进气道/隔离段进行了数值仿真研究,分析了隔离段出口反压、长高比以及进气道入口马赫数对进气道出口性能参数的影响,发现反压对进气道出口参数影响很小;长高比对进气道出口上下壁面处静压影响较大,但对出口处马赫数及静温影响很小;进气道入口马赫数的变化对出口上下壁面处静压影响剧烈,且随着入口马赫数的增加,进气道出口马赫数和静温均增加,入口马赫数越低,进入隔离段内的气流越均匀。

类X-51A飞行器纵向机动数值虚拟飞行仿真

吸气式高超声速飞行器在机动过程中,由于构型复杂,气动特性呈现强烈的非定常特性。传统基于数据库或气动力模型的飞行仿真不能准确描述机动过程中复杂的气动特性和运动规律。针对这一问题,基于现代软件分布式、模块化的发展趋势,建立了一个高效的数值虚拟飞行仿真平台。利用该平台,对一种类X-51A外形的吸气式高超声速飞行器开展了纵向机动闭环数值仿真,并与工程方法的结果进行了对比。研究发现:对于类X-51A外形的吸气式高超声速飞行器,在纵向拉起时,工程方法给出的结果可能不能完全反映非定常效应的影响。此时,应该采用更为精确的虚拟飞行方法来研究飞行器的闭环响应特性。此外,借助该仿真平台还研究了舵回路时间常数对控制系统的影响,为控制律设计提供了一定的参考。

类HTV-2飞行器横侧向稳定设计研究

针对类HTV-2外形飞行器,研究其横侧向控制偏离判据(LCDP)大于0时的气动特性与控制策略设计方法。考虑类HTV-2外形飞行器横向静稳定性易获得的特点,提出一种利用横侧向通道耦合进行气动特性及控制策略设计的方法。分析表明,基于该方法设计气动特性和控制策略可实现LCDP大于0状态下系统的稳定。

再入飞行器电子类单机的贮存期估计

基于元器件非工作计数法能够实现对再入飞行器电子类单机的贮存,并通过对贮存寿命的估计,说明该方法可行,可作为再入飞行器电子类单机贮存期试验研究与工程评定的辅助手段。

基于进化计算的无人飞行器多航迹规划

针对飞行器多航迹规划问题展开研究。在分析多峰值函数优化问题的基础上,提出了一种基于进化计算的飞行器多航迹规划方法。该方法通过使用特定的染色体表示方法和进化算子,可以有效利用各种环境信息,处理各种航迹约束。同时,通过引入聚类算法,将种群中的个体按其空间分布进行聚类,生成若干个不同子种群。在进化过程中,所有个体只在各自的子种群内部进化。当进化结束时,每个子种群将分别生成一条各自的最优航迹,从而为飞行器生成多条不同的可选航迹。仿真结果表明了该方法的有效性。

飞行器制造工程专业航空特色教学案例设计

教学案例对于提高学生掌握专业知识理论和实践技能具有重要作用。围绕飞行器制造工程专业的学生培养目标,文章提出了具有航空专业特色的飞机结构件Benchmark教学案例设计方法。以具有自主知识产权的飞机结构件Benchmark的数字化建模、加工工艺规划、三维工艺建模和数控加工编程等设计制造环节为核心内容,按照各门课程特点,分别辐射至飞行器制造工程专业机械类相关课程,构建基于飞机结构件Benchmark的飞行器制造工程机械类课程群教学案例体系。

基于IMM算法的多旋翼飞行器状态滤波器

本文针对多旋翼飞行器网络控制系统,研究其在丢包且无确认机制情况下的状态估计问题,提出了基于交互式多模型算法(IMM)的滤波器的设计方法。这类系统通常被称为类UDP系统(User Datagram Protocol like system)。目前该算法都是针对一般性的Markov系统给出的,为了解决原"高斯累和滤波器算法"中迭代次数多,计算复杂等的问题,将其引入应用到该类UDP系统中,并推导出IMM状态滤波器公式。实例仿真结果表明所设计的滤波器性能好,有较高的预测精度。

理论与实践相结合的飞行器控制专业教学改革研究

对飞行器控制专业来说,控制类课程是其核心课程,此类课程要求学生掌握控制理论的基本概念和系统分析设计的基本方法,同时具有利用控制理论的思想、方法解决航空航天领域复杂工程问题的能力。然而,目前控制类课程仍主要以通用性知识作为教学内容,缺乏面向飞行器控制专业的授课内容和教学主线,也没有致力于提高学生实践能力的飞行控制教学实验平台。西北工业大学自动化学院控制理论教学团队针对专业人才的培养需要,自主研发了飞行器综合控制平台,将适度简化的飞行器控制问题贯穿于理论教学的始终,融工程实践于理论教学,有效提高了学生的学习效果和解决实际工程问题的能力。

固定翼飞行器自主着陆中视觉算法的研究

固定翼无人机自主着陆引导系统有跟踪速度快、精度高的特点,本文设计并搭建一套基于Adaboost视觉算法的自动着陆引导系统。文中首先介绍了视觉着陆引导系统的原理、组成,并分析其数学模型,其次在使用机器学习Adaboost算法的基础上,通过使用高斯分布模型以及基于距离的聚类算法提高对单飞行器和多飞行器的识别精度。最后通过仿真实验对视觉识别算法的可靠性,精度进行验证。得到本文设计的自主着陆系统很好的满足固定翼飞机自主着陆的需求的结论。

基于网格面元法的高超声速飞行器性能分析

在高超声速飞行器预先研究和概念设计阶段,目前缺乏足够的飞行试验数据和地面实验数据,根据实际飞行性能指标进行气动布局和总体性能优化设计是困难的。基于网格面元法的工程估算方法,是一种计算性能指标的方法,采用参数化建模建立其几何模型,基于几何模型分解法建立网格面元模型,采用工程估算方法计算气动力和雷达散射截面两个有代表性的性能指标。通过对仿真结果的分析表明,基于网格面元法的性能指标计算方法有效且速度快,满足了气动布局和总体性能优化设计中对性能指标计算速度和计算精度的双重需求。

四旋翼飞行器创新实验平台的渐进式教学实践

以微控制器为主控系统,电子调速器和无刷电动机为动力系统,开发了四旋翼飞行器创新实验平台,并通过各类传感器采集四旋翼飞行器的姿态数据和高度数据,确保其稳定飞行。该实验平台涵盖机械结构、硬件电路设计、嵌入式程序设计、传感器应用以及自动控制等多项课程内容。构建四旋翼飞行器创新实验平台的渐进式实践教学模式,综合运用不同课程知识,将仿真环节与实物实验相结合,采用由浅入深、由易到难、层层递进的方式设置实验,形成完备的知识体系和实践内容,加深学生对工程对象及其控制系统的理解,激发学生的创新意识。

地效飞行器飞向海洋的翅膀

人类正迈入海洋世纪,一族应用地效原理使船体或机体贴于(高于)水面而高速航行的地效飞行器,由于具有比一般船舶和飞机速度快、载重大、安全性好、燃耗少、污染小、两栖性能强等突出优点,一些国家正在研制发展,它将在人类开辟生存和发展的海洋新空间,如生翼翅,飞速腾驶。目前世界上研制的地效飞行器,从原理上大致可分为静升和动升两大类型。静升类,是指靠专门的动力装置向船体下鼓风,形成气垫垫升,待船体浮于或离开水面(地面)后,再由另外的动力装置驱动前进。也就是说。