倾转四旋翼UAV过渡状态下旋翼/机身气动干扰数值分析

通过数值模拟的方法对十字构型倾转四旋翼UAV在倾转过渡状态下前旋翼/机身/后旋翼间的气动干扰进行了计算与分析。分别建立了孤立前旋翼、前后旋翼、前旋翼-机身、前后旋翼-机身组合时的计算模型。在不同旋翼倾转角下,研究了以上组合模型对前旋翼、后旋翼以及机身的气动力和力矩的影响并分析了相互间的气动干扰情况,得出了前旋翼是整机气动干扰影响的主导因素,揭示了旋翼/机身间气动干扰形成的原因,为该构型旋翼布置与控制系统的设计提供参考。

Technical Analysis of VTOL UAV

Overall, this paper explains the related information about VTOL and trend of this technology worldwide. Also, it comes up with the distinction among VTOL and helicopter and fixed wing aircraft. This paper concentrates on domestic and international drones that utilize VTOL technology. Also, this paper gives the explanation about VTOL’s performance and object. Furthermore, this paper predicts the future of VTOL and which area this technology going to be used.

倾转三旋翼无人机控制设计与飞行实验

针对倾转三旋翼无人机的飞行控制问题,本文围绕控制分配算法、控制权重设计和模态转换策略3个方面开展研究.首先,分析飞行控制原理,构建模态转换飞行控制框架;其次,为提高控制分配鲁棒性,设计串级解耦控制分配算法并提出两种控制分配参数修正方法;为实现稳定的模态转换飞行,引入可达力矩集设计控制权重,并提出基于时间和倾转角度的模态转换策略;最后,分别开展旋翼模态与模态转换飞行试验,验证了控制方法的有效性.试验结果表明:引入参数修正的串级解耦控制分配算法可有效提高控制分配鲁棒性,并改善姿态控制性能,基于设计的控制权重与模态转换策略可确保模态转换飞行的安全性、稳定性.

倾转旋翼无人机过渡段控制策略研究

针对倾转旋翼无人机过渡段的纵向控制问题,以某型倾转旋翼无人机为研究对象,综述了国内倾转旋翼机的发展趋势。利用Rotorlib软件建立倾转旋翼无人机的6自由度刚体模型;通过频域和时域对过渡段的特性进行分析,设计出过渡段的舵面操纵分配策略;对总距控制通道的控制结构进行设计。由于倾转旋翼在过渡过程中总距控制通道存在严重的耦合,根据动力学方程分析提出余弦分配的策略来改进耦合问题。通过仿真验证了余弦分配对于总距控制通道的耦合问题有明显的改善。

新型双旋翼洞穴勘探无人机设计与实现

针对传统洞穴勘探作业难度高、工作人员面临安全隐患大的问题,设计了一款能够搭载多种探测设备的勘探无人机,适用于洞内勘探、救援及矿洞作业等诸多领域,为传统无人机技术的应用与整体架构带来创新性功能拓展,有望在地理环境、资源开发、灾害救援等方面发挥重大作用。

多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量技术在地质灾害处置项目中的应用

概述航摄系统组成、仿地飞行方法、倾斜摄影测量技术。叙述多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量的作业流程和方法。通过项目实例,在地质灾害发生后应用这项技术快速完成测量工作、生产成果图件,为设计处置方案提供技术支撑,且在处置完成后为工程计量提供准确的基础资料,证明多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量技术特别适宜于地质灾害防治工作的结论。

倾转三旋翼无人机过渡模式走廊曲线研究

针对倾转三旋翼无人机飞行模式转换中的高度保持问题进行研究,提出一种新的过渡策略,使飞机可以直接从悬停状态开始过渡转换而不需要获得一定初始速度。采用牛顿-欧拉法对过渡模式进行动力学建模分析,建立了纵向动力学模型;通过对模型进行分析给出了倾转角度和前飞速度的一一对应关系,即过渡段走廊曲线;依托倾转三旋翼无人机实验样机,按照两种不同倾转方式进行飞行试验。对地面站遥测数据分析的结果表明:按照走廊曲线倾转,较好地解决了直接倾转时的掉高问题,从而验证了走廊曲线的有效性。

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。

一种倾转旋翼无人机螺旋桨的设计及性能分析

为了满足倾转旋翼无人机对配套螺旋桨巡航效率高、静态拉力大的需求,基于涡流理论,提出了一种螺旋桨设计流程。以某型倾转旋翼无人机的工况需求为输入,开发了一款适用其需求的15英寸固定桨距螺旋桨。通过程序计算得到了该型螺旋桨的弦长及桨距角分布,利用CATIA软件建立了螺旋桨的三维数字模型,并通过CFD软件进行了螺旋桨对应工况的性能分析。分析结果表明该型螺旋桨能满足某型倾转旋翼机的工况需求,验证了提出的螺旋桨设计流程在倾转旋翼机螺旋桨设计领域的有效性。

无人机倾斜摄影测量技术在南极三维建模中的关键问题探讨

无人机作为一种低空遥感平台的高新技术,以其灵巧、操作方便且能搭载各种负载而被各领域科研学者所推崇,在测绘科学领域已经广泛地应用于小区域地形调查和建筑物真实三维模型的建立。随着我国南极科学考察的深入,无人机也涵盖了南极科学考察的各个领域,但是南极恶劣的自然环境和极端的气候条件,使无人机在南极大陆上使用会遇到各种问题。本文就中国第32、33和34次南极科学考察无人机倾斜摄影测量工程实践经验,对无人机倾斜摄影测量技术在南极三维建模工程实践中的关键问题进行了探讨。

三旋翼构型倾转旋翼无人机建模与悬停控制研究

针对一种三旋翼构型倾转旋翼无人机的建模和悬停控制问题进行研究,采用牛顿欧拉法建立了这种三旋翼构型倾转旋翼无人机的六自由度非线性动力学模型,并对模型进行简化。在此基础上,分别设计了悬停模式下的高度控制器和姿态控制器。高度控制器是在反馈线性化的基础上采用PID控制设计而成,姿态控制器由基于Backstepping的PID控制器构成。最后,对所设计的控制器进行仿真实验,实验结果表明:所设计的控制器能满足系统的控制性能要求。

一种倾转四旋翼无人机及其过渡段姿态控制

为解决常规四旋翼无人机前飞速度慢、续航时间短、固定翼飞行器无法垂直起降和悬停的不足,设计一种小型倾转四旋翼QTR(quad tilt-rotor)无人机。建立QTR无人机的动力学模型,针对该无人机的过渡段姿态控制特点设计基于鲁棒伺服LQR控制理论的姿态控制器,针对QTR由垂直模式切换水平模式的过渡阶段设计控制策略,并通过仿真实验,对比传统控制方法进行验证。仿真结果表明:该无人机既兼顾传统四旋翼无人机的飞行功能,又能像固定翼飞行器一样进行长距离快速飞行。

垂直起降固定翼无人机技术发展及趋势分析

垂直起降固定翼无人机具有对起降场地要求低、机动性好、巡航速度高、航时长等优势,是目前航空领域研究热点。本文阐述了国内外现有垂直起降固定翼无人机研究现状和基本特征,详细分析了不同类型垂直起降固定翼无人机的技术特点,提出更高的飞行速度、更长的续航时间、更强的任务载荷能力将是未来垂直起降固定翼无人机技术的主要发展方向和必然趋势。尽管倾转旋翼式和尾座式仍是当今垂直起降固定翼无人机主流构型,但基于分布式电推进的高速垂直起降固定翼无人机技术将成为未来航空领域新热点,给出进一步加强对垂直起降固定翼无人机新构型、新原理的探索性研究的建议。

某型无人倾转旋翼机过渡轨迹设计技术研究

过渡模式是倾转旋翼机全过程自主飞行的关键阶段,亦是最容易发生安全事故的阶段。过渡轨迹是飞行器过渡模式控制律和制导律设计的基础,以某型无人倾转旋翼机为研究对象,分析其气动特性,并根据过渡阶段的升力来源,将整个过渡阶段进行细化;再根据各个阶段的约束条件确定其倾转过渡走廊;依据飞行器的飞行过程以及走廊确定飞行器的过渡轨迹,并通过仿真验证其合理性。

一种倾转四旋翼无人机气动特性研究

针对倾转四旋翼无人机同时存在旋翼和机翼两种升力机构并且旋翼短舱可倾转的特点,采用计算流体力学的方法对无人机进行了气动分析,对旋翼流场的模拟采用了动量源法,在保证了计算精度的同时提高了计算效率。在垂直模式下,旋翼产生的下洗流会对无人机的升力造成损失;在过渡模式下,旋翼对机翼的影响会随着飞行速度的增加而降低,气动特性逐渐接近固定翼无人机。研究气动特性可为倾转四旋翼无人机的设计和控制理论研究提供参考。

基于模糊控制的倾转三旋翼无人机过渡模式操纵策略研究

倾转三旋翼无人飞行器作为一种特殊构型的飞行器,结合了直升机和固定翼飞行器的优点,同时具备了直升机和固定翼飞行器的操纵方式,但在过渡模式中需要对发动机短舱进行控制,造成操纵冗余问题,两套操纵方式都不适合单独使用。针对倾转三旋翼无人机过渡模式发动机短舱倾转过程中的飞行器操纵冗余问题,建立了合适的倾转三旋翼过渡模式动力模型,提出了一种新的基于模糊控制的倾转控制方法,通过与传统的倾转旋翼飞行器过渡模式操纵策略对比实验分析发现,该方法能够较好地解决倾转三旋翼无人机过渡模式中纵向高度控制问题,使倾转三旋翼无人机能够平稳高效地实现过渡模式飞行。

Control techniques of tilt rotor unmanned aerial vehicle systems： A review

The tilt rotor unmanned aerial vehicle（TRUAV） exhibits special application value due to its unique rotor structure. However, varying dynamics and aerodynamic interference caused by tiltable rotors are great technical challenges and key issues for TRUAV＇s high-powered flight controls, which have attracted the attention of many researchers. This paper outlines the concept of TRUAV and some typical TRUAV platforms while focusing on control techniques. TRUAV structural features, dynamics modeling, and flight control methods are discussed, and major challenges and corresponding developmental tendencies associated with TRUAV flight control are summarized.

倾转式三旋翼无人机的有限时间收敛控制设计

倾转式三旋翼无人机是一种多旋翼无人机的特殊构型,其兼具单旋翼无人机与普通多旋翼无人机的特点.目前对于此类无人机的鲁棒控制设计研究成果较少,多数已有的控制方法未考虑模型参数的不确定性与外界扰动对此类无人机控制的影响.为此本文针对倾转式三旋翼无人机动力学模型存在的转动惯量未知,以及飞行中受到未知外界扰动影响的情况,基于super-twisting算法,设计了一种新型非线性鲁棒控制方法.通过基于Lyapunov的稳定性分析方法,证明了闭环系统的稳定性,并得到在有限时间内三旋翼无人机的姿态跟踪误差收敛的结果.本文中所提出的控制算法,在倾转式三旋翼无人机实验平台上进行了实时飞行控制实验,取得了较好的控制效果.

一种用于辅助搜救的两栖飞行器设计

为提高水上搜救运作效率,结合飞行器速度快、视野广和船舶救援的特点,提出一种新型的用于辅助搜救的两栖飞行器设计方案.该飞行器采用船型结构,通过四旋翼提供飞行升力,倾转旋翼可提供水上航行的动力,飞行与水上航行两种工作模式的控制器分别采用串级PID和模糊自整定PID设计.数值仿真和飞行测试结果表明,系统的控制精度高,平稳性好,满足实际应用需求.

基于云台相机的旋翼无人机视觉伺服方法研究

针对旋翼无人机视觉伺服中相机视场范围过小等问题,提出一种基于云台相机的视觉伺服控制方法,实现了旋翼无人机在经典视觉伺服视场外位置的定点悬停控制。首先建立了云台相机的图像特征运动学模型,设计了基于云台相机的旋翼无人机视觉伺服控制方法,并将模糊PID算法融入云台控制,旨在提高响应速度。分别进行了近目标点和中远目标点的旋翼无人机视觉伺服定点悬停仿真。仿真结果表明,所提方法大幅扩大了旋翼无人机视觉伺服控制的视野范围,扩展了无人机视觉伺服的应用场景。