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。

SPH模拟研究细长体入水问题

传统的数值方法难以模拟跨域无人航行器跨水—空交界面过程中的复杂交界面及流固耦合问题。针对跨域无人航行器入水问题,应用光滑粒子法(SPH)模拟研究了细长体入水过程。首先,对SPH方法进行了改进:为了提高数值稳定性,同时使用了传统的钟形函数和双曲型核函数;为了提高计算精度,在SPH方法中加入了粒子迁移技术并进行了简化处理。然后,应用SPH方法模拟了水平圆柱入水过程,液面形态演变和入水深度变化的模拟结果均与试验相符。最后,应用SPH方法模拟研究了细长体入水问题。结果表明,文中方法能够有效模拟细长体入水过程中细长体的运动和自由液面的演化问题,细长体的密度和入水速度会影响入水过程中的自身运动和液面形态。