基于改进PID的倾转翼飞机过渡控制系统研究

针对倾转翼飞机过渡模式下工作点切换过程的控制,提出了一种禁忌退火混合粒子群(TAHPSO)算法优化模糊PID控制的倾转翼飞机过渡切换动态控制策略。上述控制策略将模糊控制与防抖切换控制相结合,同时将标准粒子群(PSO)算法与禁忌搜索、退火机制融合,采用所提算法优化切换模糊PID控制参数,强化全局寻优能力,提高控制效率。为了验证上述控制策略的有效性,建立了倾转翼飞机过渡模式仿真模型。仿真结果表明,上述控制策略使倾转翼飞机在过渡模式下的最大高度波动降低40%,切换时刻旋翼拉力最大抖动幅度降低70%、升降舵附加升力最大抖动幅度降低86.3%,提高了系统的控制稳定性。

半转翼悬停和前进飞行升力估算方法

在分析半转翼运动模型和翼面气流特点的基础上,建立了悬停和前进两种飞行状态下的半转翼升力计算模型。根据半转翼的运动特性,推导出适合半转翼运动的升力计算解析表达式。结合半转翼样机参数,应用导出的理论公式和基于CFD软件的数值仿真模型,分别计算不同飞行条件下半转翼的升力,获得半转翼悬停和前进两种飞行状态下升力变化规律。理论计算与数值仿真所得升力曲线的对比验证了升力估算解析法的有效性和可行性。研究结果可为半转翼飞行器的参数设计与升力预估提供理论指导。

采用局部约束的半转翼驱动机构运动误差分析及其结构参数优化

半转翼是一种以转动式拍动替代摆动式拍动的新型类扑翼系统,针对传统半转机构传动复杂、重量大不适合飞行的缺点,提出一种采用局部约束的简约化半转机构作为半转翼驱动机构。给出了局部约束的形成过程和作用特点,根据运动构件间的接触状态将局部约束作用过程分成4个阶段,分别建立了不同阶段下的驱动机构半转杆转角偏差理论分析模型。在以上模型基础上,对驱动机构关键构件的结构进行优化设计。实例验证了半转杆转角偏差理论模型具有较好的可靠性,优化结果降低了转角偏差从而提高了驱动机构运行的平稳性。以上研究结果表明局部约束及其在简约化半转机构中的应用可为半转翼驱动机构设计提供新途径、新方法。

增升增效倾转翼农用植保无人机的设计与仿真

【目的】为满足无人机田间作业既具有旋翼机灵活起降的功能又具备固定翼长航时的特征,设计了一种X字布局的旋翼、固定翼混合结构且具有倾转功能的新型农用植保无人机。【方法】根据农田喷施作业的负载动力要求对无人机的增升装置进行了翼型和参数的设计。利用SolidWorks软件搭建了植保无人机的机体结构,使用Fluent软件结合Spalart-Allmaras湍流模型,对植保无人机增升增速参数进行了气动仿真分析。【结果】仿真试验发现,升力系数与迎角和空速呈正相关,其中,迎角从4°至6°变化时的影响较为强烈;迎角对应5°~30°前倾角时,升力系数达到0.81。在5 m/s的空速下,迎角和前倾角的关系几乎呈线性分布,机头前倾即可增大升力系数,进而增加有效负载,使得整体植保无人机的作业效率得到提升。【结论】本文为设计倾转翼植保无人机提供了理论依据,也为植保无人机延长续航时间、提升作业效率打开了新思路。

半转翼的Weis-Fogh效应及推力的仿真研究

针对仿生飞行研究中具有重要应用前景的新型动力翼—半转翼的推力计算问题,提出了一种半转翼模型,导出了该模型参数的计算方法;基于XFLOW建立了两个半转翼CFD模型,即无固壁和有固壁半转翼模型,通过选择合理的流场计算区域和边界条件,采用湍流计算模型和刚性翼运动模型,结合半转翼实验模型参数和运动参数对半转翼流场速度、压力分布及推力进行了数值计算,获得了Weis-Fogh效应对半转翼运动流场特性和半转翼推力的影响规律,并与一个运动周期的实验推力进行了分析比较。研究结果表明:有固壁的半转翼流场中速度分布始终受到"急张"和"相拍"的影响,可大大提高半转翼的推力;由半转翼-固壁模型获得的推力计算曲线能真实反映半转翼推力的变化规律,这对计算不同参数的半转翼-固壁模型的推力具有参考价值。

倾转翼飞机过渡段的纵向建模与分析

倾转翼飞机采用旋翼与全部或部分机翼一同倾转,旋翼为非变矩桨,是一种结构独特的新型飞行器。为满足倾转翼飞机从直升机模式到固定翼模式过渡飞行的定高控制需求,对纵向通道进行分析并建立了过渡段纵向的非线性数学模型。按照定高飞行的要求,对过渡段飞行进行配平研究并设计了转换通道。最后对模型线性化进行模态分析,分析结果表明该倾转翼飞机过渡段是稳定的。

半转翼悬停状态下气动特性实验研究

半转翼是一种以转动式扑动替代摆动式扑动的新型类扑翼仿生飞行系统。为了探索半转翼悬停状态下气动特性影响规律,在介绍半转翼工作原理的基础上,给出了升力测试装置方案及其测试计算模型,分别从翼片布局、翼片材料特性对气动特性的影响展开实验研究。实验结果表明:左右对称布置的翼片运动后产生的流场相互干扰,导致双翼式半转翼平均升力系数小于单翼式半转翼;柔性翼片平均升力系数一般比刚性翼片大;在合适松弛度范围内,柔性翼片平均升力随松弛度增加而增大。研究结果揭示了半转翼悬停状态下的气动特性。

仿鸟组合半转翼Weis-Fogh效应及升力仿真

组合半转翼是一种新型的动力翼,在仿生飞行中具有重要的应用前景。提出一种仿鸟组合半转翼模型,导出该模型参数的计算公式并给出减小两翼工作间隙的方法;基于FLUENT软件建立仿鸟组合半转翼流体动力学计算模型,对仿鸟组合半转翼运动流场进行仿真分析,揭示仿鸟组合半转翼模型的Weis-Fogh效应特征,获得仿鸟组合半转翼升力的变化规律。研究表明:在一个运动周期中,半转翼流场中速度矢量和压力分布始终受Weis-Fogh效应的影响,致使组合半转翼的升力大大提高;计算实例中,计算模型的最大升力可提高30.5%。研究结果对仿鸟组合半转翼升力形成机制的阐释和不同参数半转翼升力的估算具有重要参考价值。

半转翼飞行器二分量升力测试装置设计与研究

为验证一种新式半转翼飞行器试验模型升力的大小,设计了一种新型二分量升力测试装置,解决了现有升力测试装置成本昂贵、结构复杂及适应性差的问题。基于ADAMS软件建立了二分量测试装置静态分析模型,并对测试装置进行了静态分析,分析结果表明了测试装置力学模型建立的正确性;通过ADAMS软件建立了二分量升力测试装置的动态分析模型,采用adams软件对测试装置进行了动态分析,得到测试装置固有频率与动态输出结果,为半转翼飞行器电机转速的选择提供了依据,同时奠定了后续实验的基础。

基于遗传算法整定PID的倾转翼飞机过渡段定高控制

针对倾转翼飞机过渡段模式飞行时,其动力学特性呈现出的强非线性和强耦合的特点,传统的PID控制方法难以设计其控制参数并实现定高控制。本文将遗传算法和PID控制理论相结合,基于遗传算法整定获得全局最优的PID控制参数以保证良好的定高控制效果。仿真试验结果表明,经遗传算法整定参数后的PID控制能够更好地实现对倾转翼飞机过渡段的定高飞行控制。

倾转翼飞机过渡段定高飞行控制研究

针对倾转翼飞机过渡段控制存在的时变、欠驱动、强耦合等非线性特点,采用滑模控制来对其进行控制,然后在此基础上引入RBF神经网络,利用其非线性映射能力有效解决了滑模控制中存在的误差问题,进一步改善了系统的动态性能。研究表明,采用基于RBF神经网络的滑模控制方法,可有效提高倾转翼飞机过渡段定高飞行的控制精度,同时也证明了在处理时变、欠驱动、强耦合的非线性系统时,滑模控制与神经网络结合具有其独特的优势。

倾转翼无人机返航过渡段气动分析与优化

倾转翼无人机是兼有固定翼飞机和直升机优点的一种新型旋翼无人飞行器,但其过渡段的气动特性存在非线性、强耦合的特点。基于动量源方法建立了倾转翼无人机返航过渡段的数值模拟方法,经单独旋翼和Georgia-Tech模型算例验证动量源方法的准确性后,结合滑移网格技术模拟倾转翼无人机返航段并进行气动分析,通过调整旋翼转速、倾转角速度,使其定高倾转完成的时间从9.20 s缩短为4.46 s,在此基础上通过MATLAB不同函数拟合曲线编写入动量源,对比得到返航段走廊曲线。计算结果表明利用拟合曲线可以使其更平稳地定高倾转,使倾转翼无人机的返航过渡段受力曲线更加光滑,该方法得到的结果为控制倾转翼无人机返航过渡段的稳定性提供了理论依据。

面向稳定飞行的半转翼驱动机构多目标优化设计

以半转机构为驱动机构的半转翼是一种新型动力翼,在仿生飞行领域具有重要应用前景。针对传统半转机构结构复杂、升重比小,不适应于飞行的缺点,提出采用局部约束设计实现驱动机构的轻量化。根据局部约束作用特点将其作用过程分为4个阶段,进而分别建立不同阶段下机构转角偏差与驱动力矩理论分析模型,并仿真验证了该模型的可靠性。在此基础上,对机构关键构件的结构参数进行多目标优化设计,优化降低了转角偏差和驱动力矩峰值,提高了机构运行平顺性并减小了驱动电机额定功率。研究结果可为半转翼系统的具体结构设计提供理论参考,同时为半转翼的稳定飞行奠定基础。

基于倾转翼飞机垂直起降阶段PID姿态控制器设计

倾转翼飞机克服了倾转旋翼飞机垂直起降状态因固定机翼阻挡旋翼下洗气流而造成的效率降低的问题,但仍存在姿态控制难问题。然后针对倾转翼飞机垂直起降阶段的姿态控制提出相应的控制方案,并对俯仰和横滚姿态控制建立了数学模型和采用PID控制方法设计了相应的姿态控制器,最后使用Matlab软件平台的Simulink模块对该PID控制方法的可行性和有效性进行仿真验证。结果表明,俯仰和横滚姿态控制器均能满足要求。

倾转翼飞机悬停时俯仰姿态的气动控制

提出一种新的倾转翼飞机悬停时俯仰控制方式,即通过安装有电机的外端机翼和其正下方的副翼均按同为顺时针或同为逆时针侧偏转的方式来控制飞机悬停时的俯仰姿态及前后运动,发现需要倾转的外端机翼和副翼不但要满足平飞时的气动特性,同时也要满足悬停时的气动及力矩要求,以及安装在外端机翼上的副翼偏转角度对悬停俯仰姿态控制要求。本文首先采用NACA23012翼型,在CATIA建立几何模型并在ICEM中生成非结构化网格,并应用Fluent软件计算得到悬停时旋转段机翼和副翼的气动特性,分析了悬停时对俯仰力矩的要求,根据计算结果进一步修改翼型得到满足设计要求的方案。

倾转翼无人机垂直起降段航向控制建模与分析

倾转翼飞机由于其独特的倾转机构和广泛的应用前景受到国内外学者的广泛关注,各国对其飞行控制技术的研究也都非常重视。文章主要研究的是倾转翼无人机航向控制的问题,为验证依靠襟副翼偏转可否满足偏航控制问题,通过对现阶段倾转旋翼无人机飞行控制方法的研究,对其在过渡段进行力学建模,进行一系列相关实验,再进行力学分析和计算,提出合理的倾转翼无人机航向控制方案。计算结果证明,通过旋翼和副翼的共同调节,可使飞机在过渡段极限偏航状态下的横滚航向依然可控。进而说明该结构的倾转翼无人机在现实中是有一定可行性的。

倾转翼无人机倾转装置设计及强度校核

以某型倾转翼无人机为研究对象,分析其过渡段过程中各个部件的运动方式,为使得无人机能够平稳飞行,成功完成过渡阶段,设计出一种以蜗轮蜗杆传动机构为主要部件的倾转装置,蜗轮蜗杆装置传动平稳且能够让倾转翼部分具有自锁效应,使其达到预定位置后不会因受到气动力的影响而发生相对运动,同时也保证了飞机前飞模式的稳定。针对倾转装置运动工况进行有限元仿真分析,并完成蜗轮蜗杆装置的强度分析及寿命预测。结果表明:设计出的装置能够满足现有的强度和寿命要求,其计算结果可为后续的优化提供一定的参考。

基于倾转翼无人机多光谱成像在农业中的应用

LAI(叶面积指数)和叶片生物量是衡量植物群体和群落生长分析的一个参数,可通过此参数建立的冬小麦生长模型对于冬小麦高产研究十分重要。利用倾转翼无人机搭载多光谱相机,通过此飞行平台可以大面积采集多光谱数据,为建立冬小麦生长模型提供了研究依据。

改进的TECS在VTOL倾转翼无人机中的应用

以垂直起降(VTOL)倾转翼无人机为研究对象,优化了总能量控制系统(TECS)的核心算法,实现了固定翼模式下的大包线纵向解耦控制,同时设计了垂向速度限幅调节策略和失速保护策略,提高了无人机的飞行安全,降低了工程应用中参数适配的复杂性。经过仿真验证、平原试飞和高原试飞验证,解决了高度控制和速度控制的超调,高度轨迹跟踪误差减小了19.9%,垂向速度限幅调节策略有效。失速保护策略只进行仿真测试,通过强突风干扰诱发失速保护,无人机迅速增大空速,保证了飞行安全。

转翼式滤芯粉末回收装置在大中型喷涂流水线中的应用和设计研究

以转翼式滤芯粉末回收装置代替文丘里管脉冲反吹滤芯其优点十分明显：清粉效率大大提高，粉末回收率的提高也更为显著，已设计了ＶＣＤ及ＰＣ机外壳静电喷涂生产线，并取得用户的认可。