面向多阶段的无尾飞行器力矩控制分配方法研究

为满足不同飞行阶段对无尾飞行器气动性能的不同要求,提出一种多目标控制分配方法。首先,建立无尾飞行器非仿射舵效模型,对无尾飞行器控制分配问题进行数学描述。然后,提出增量式非线性控制分配方法。其次,对增量形式的次级性能指标与加权形式的综合性能指标进行构建。最后,基于有效集二次规划方法对多目标非线性控制分配问题进行求解,并进行仿真验证。在仿真场景中,与最小舵偏算例相比,最小阻力算例平均阻力系数降低了36.96%,最大升力算例平均升力系数增大了7.76%。实验结果证明了控制分配方法能在满足力矩分配误差最小的条件下,有效实现最小舵偏、最小阻力与最大升力等不同次级目标。

开裂式方向舵对某无尾飞翼布局飞机气动特性影响的实验研究

开裂式方向舵是无尾飞翼布局飞机一种重要的阻力式偏航装置。本文在不同马赫数和舵偏下,通过风洞实验,深入研究了开裂式方向舵的作动对某无尾飞翼布局飞机气动特性的影响。研究结果表明开裂式方向舵是一种合理的偏航式操纵装置,能够在升力、侧力和俯仰力矩变化较小的条件下提供较大的偏航力矩,但也与滚转力矩存在一定程度的耦合。本文的研究为开裂式方向舵的工程化应用提供了一定的基础。

阻力方向舵在飞翼式高空长航时无人机中的应用

根据飞翼式高空长航时无人机的风洞实验结果,分析了全机尤其是阻力方向舵的气动和操稳特性,据此采用经典方法设计了阻力方向舵的控制律,提出用阻力方向舵进行航向控制和速度控制的方案,并指出由于存在操纵耦合,有必要进行阻力方向舵和升降舵交联控制。非线性飞行仿真结果表明,阻力方向舵具有满意的航向和速度操纵能力,采用交联控制后速度响应更平稳,并可减小33的高度偏差和56的俯仰角偏差。

阻力方向舵在无尾飞机飞行控制中的应用

阻力方向舵在无尾飞机上得到广泛的应用。以一种无尾飞机为例,讨论了阻力方向舵舵效的非线性、耦合性等基本特性,并说明了阻力方向舵张开后对飞机整体的影响。给出了阻力方向舵在无尾飞机航向增稳、空速控制、作为复合舵使用三个方面的应用实例和仿真结果,说明了阻力方向舵在无尾飞机飞行控制应用中存在的一些问题及其解决方法。

大展弦比飞翼构型的横航向操纵特性

大展弦比飞翼构型取消了垂尾和方向舵,通常采用开裂式方向舵和多组升降副翼组合来实现滚转和偏航操纵.通过与常规的侧力类方向舵对比,揭示了阻力类开裂式方向舵的操纵机理,包括偏航和滚转力矩产生原理以及操纵效能等.对大展弦比飞翼构型的横航向配平能力和协调机动能力进行了分析,并与常规飞机进行了对比,研究结果表明单发失效对偏航操纵效能要求最高,需要适当地增加开裂式方向舵的舵容量或对现有布局进行改进设计.

飞翼布局阻力类偏航操纵装置操纵特性分析

飞翼布局取消了常规的垂尾和方向舵,存在较严重的航向操纵与控制问题,需要重点掌握偏航操纵舵面的配置特点与操纵特性.针对飞翼布局最常采用的两种阻力类偏航操纵装置:开裂式方向舵和嵌入面,介绍了研究现状、受力特点,利用数值仿真方法,详细分析了偏航操纵特性、三轴操纵耦合特性以及对气动特性和稳定特性的影响规律,对比了这两种舵面在操纵特性方面的共同点和差异性,并揭示了内在的影响机理.可为解决飞翼布局偏航操纵问题以及阻力类偏航操纵装置的工程化应用提供基础.

大后掠飞翼布局无人机操纵面特性及控制研究

飞翼布局飞机由于取消了常规安定面,导致其稳定特性发生了很大的改变。针对所建立的大后掠飞翼模型,给出了一套典型的操纵面布置方案,通过CFD计算后,对各舵面气动特性进行了分析,在升降舵、副翼和阻力方向舵偏转过程中对各气动参数的影响进行了研究,给控制系统的设计提供了依据。同时,研究了开裂式阻力舵开裂后引起的纵横航向耦合运动及其控制情况。

飞翼飞机开裂式阻力方向舵铰链力矩的预测

飞翼布局无人机开裂式阻力方向舵是一新型操纵面。文中对开裂式阻力方向舵对飞翼的航向操纵特性进行了分析,建立了舵面受力模型和全面的航向舵容量计算公式。通过全机风洞测力试验数据分析证实该模型合理、正确。依据该受力模型将舵面铰链力矩和全机受力联系起来,建立了一种新的通过全机测力试验数据预测开裂式阻力方向舵铰链力矩的实用方法。最后通过风洞测压试验结果得到阻力舵铰链力矩,并与预测结果进行了比较。两者最大相对误差为15%,且舵偏角越大,误差越小。40°舵偏时误差仅为2.5%。

飞翼无人机着陆滑跑建模和控制仿真研究

根据无人机在三轮着地滑行时的运动特性,建立了这一阶段的全量非线性模型,并在MATLAB/SIMULINK仿真环境下设计了该模型的仿真系统,加入了防滑刹车控制系统模型,使仿真更接近实际情况。提出了飞翼无人机基于阻力方向舵的滑跑控制方案,针对某飞翼无人机的着陆滑跑控制仿真结果表明,所设计的仿真模型可用;主轮刹车与阻力方向舵协调操纵进行滑跑控制的方法响应平滑,性能良好。

飞翼无人机静气弹参数分析及操纵效率计算

耦合流体控制方程与结构动力学方程求解飞翼式无人机的静气动弹性参数响应及不同舵面的操纵效率。首先通过气动结构松耦合技术研究了飞翼无人机静气动弹性响应,对比分析刚性与弹性气动特,分析高度、马赫数、迎角及侧滑角对静气动弹性的影响;其次研究单一舵面偏转与组合舵面偏转的静气弹性,并分析结构几何非线性对静气动弹性的影响;然后分析阻力方向舵开裂角对静气弹的影响;最后计算不同马赫数不同舵面的操纵效率。研究表明迎角增大位移幅值也增大,不同高度位移响应频率形式是一样的,侧滑角对无人机半模静气动弹性响应并没有影响;开裂角增大位移幅值减小,且振荡收敛时间越短;方向舵操纵效率与组合舵面操纵效率相比差异较小,组合舵面操纵效率与单一舵面相比较高,不同组合舵面操纵效率比较接近。

动态矩阵控制在飞翼无人机自动着陆时的应用

进场着陆是飞行的复杂阶段,虽然仅占整个飞行的2%～3%,却大约有1/3的飞行事故发生在此阶段。无尾飞翼无人机着陆下滑时对飞机的速度和姿态具有很高的精度要求,但有时仅靠油门控制飞行速度不能满足要求。针对这一情况设计了一种升降舵加阻力方向舵模型预测控制系统。先采用PID控制加快被控对象的响应速度,在此基础上建立基于动态矩阵控制(DMC)算法的模型预测控制器。DMC的在线优化和反馈校正等特点有效地提高了系统的整体性能。仿真结果表明,与经典PID控制器相比,该系统能够更好地跟踪下滑轨迹,提高无人机的动态响应,并且严格控制下滑速度。

卫星制导炸弹滑翔增程弹道分析

针对卫星制导炸弹无动力的飞行特点,为实现滑翔增程目的,建立了滑翔增程弹道模型,采用使弹道上每点升阻比最大的思想进行弹道设计,该方法通过控制俯仰舵偏角来调节攻角的大小,使弹体产生向上的升力从而实现增程。对方案弹道进行了仿真分析,仿真结果表明:采用最大升阻比法的滑翔弹道下降趋势缓慢,增程效果显著。

一种低速情况下无尾飞翼飞机航向控制方法

无尾飞翼飞机通常使用开裂式阻力方向舵或者嵌入式操纵面来解决其航向控制问题。开裂式阻力方向舵对飞机的航向控制机理与传统方向舵不同,其舵效随舵偏角的变化呈非线性特性,且在较大迎角时会产生操纵反效现象,诱发航向振荡,产生飞行事故。针对此问题,利用CFD方法分析了某小型无尾飞翼飞机开裂式阻力方向舵的操纵特性,提出一种基于迎角反馈的开裂式阻力方向舵预偏差动控制方法,并进行了非线性数值仿真和试飞验证。结果表明:该方法可以改善开裂式阻力方向舵的非线性特性,解决操纵反效问题,增强无尾飞翼飞机低速飞行时的航向控制性能。

直升机桨毂减阻设计进展

针对直升机桨毂部分,系统介绍了气动减阻设计的进展情况,包括常规主旋翼、共轴式双旋翼和无人直升机旋翼桨毂的减阻设计方案。常规单旋翼直升机上主要采用整流帽进行桨毂减阻,共轴式双旋翼桨毂分别采用钝椭圆柱和翼型截面柱体整流罩对上、下桨毂和旋翼轴进行减阻,无人直升机的桨毂减阻设计方案与有人直升机类似。在风洞试验和数值计算研究中,通常会对影响减阻效果的整流罩设计参数和组合方式进行研究。目前,直升机桨毂减阻设计与应用还面临很多困难,需要综合考虑设计制造、部件干涉以及整流罩位置控制等问题。

开裂式方向舵非对称偏转控制分配方法研究

无尾飞翼通常利用开裂式阻力方向舵(SDR)对称偏转方式控制其偏航,该方式简单有效,但约束了SDR上下舵面只做对称偏转,限制了舵面的分配与控制模式,降低了飞机在俯仰轴和滚转轴上的最大可用力矩,影响了飞机低速飞行时的操纵性能。针对此问题,利用CFD方法分析了某无尾飞翼SDR对称/非对称偏转方式的舵面操纵特性,提出了一种基于包络体坐标变换的优化控制分配方法,研究了其分配效率。仿真结果表明,该方法分配效率较高,可以拓展SDR非对称偏转时的可达转矩集,增强对俯仰轴和滚转轴的控制能力,改善飞机的机动性。

导缘带凹凸结节船用舵的模型试验研究

系统研究了导缘带凹凸结节的船用舵水动力性能,通过循环水槽模型试验的方法模拟船用舵在一定来流的水中工作情况。制作导缘光滑和导缘带凹凸结节的船用舵的试验模型;针对同一个模型在循环水槽中进行三次来流速度相同的试验;记录并处理试验数据。模型试验结果表明:当其他条件相同时,在船用舵的导缘布置正弦的凹凸结节,可以提高船用舵的水动力性能,并延缓失速现象的发生。

滑翔增程弹的气动特性仿真研究

研究了滑翔增程弹气动布局对弹道增程效果的影响,建立了不同气动布局下的弹体模型,并对其进行气动仿真,得出了不同空气动力数据.通过建立适合增程弹的弹体模型,得到了舵片在不同布局时的增程能力数据.仿真结果表明,舵片位置越远离弹体头部,相应增大舵偏角,增程能力将会增强,因此,在满足全弹气动布局、飞行稳定的基础上,尽量使舵片远离弹体头部,并相应增大舵偏角,可提高増程的能力.

展向电磁力对舵面的湍流减阻控制

将电磁激活板包覆于舵面体表面并置于流动的弱电介质溶液中(如海水),通过产生的电磁力对舵面体表面的流体边界层结构进行控制.基于近壁湍流的拟序结构理论,分析了在湍流状态下展向电磁力的方向、强度、脉动方式与作用频率对湍流减阻的控制作用效果.研究结果发现,一定强度和间歇频率的展向电磁力能够有效地减小湍流状态下的舵面体所受到的流体阻力,表明湍流边界层上的展向电磁力能够影响控制舵面的湍流流体动力学特性.

基于最大升阻比的制导炸弹弹道设计方法

针对制导炸弹无动力飞行特点和多数增程方法计算量大的问题,提出了基于最大升阻比的制导炸弹弹道设计方法。该方法通过控制俯仰舵偏角来调节攻角的大小,使弹体产生向上的升力从而实现增程。仿真结果表明:采用最大升阻比法设计的滑翔增程弹道计算量小,增程效果显著,制导炸弹射程是常规航空炸弹的3倍。

凹凸导缘减阻技术研究现状分析

随着能源的消耗和科学技术的发展,节能技术在现今社会地位越来越重要。由于仿生减阻方法具有低耗高效的特点,成为当今社会主要的减阻技术。基于仿生学的观点,综述国内外凹凸导缘仿生减阻技术在各个领域的应用,借助座头鲸的启发,将其减阻的机理应用到桨舵一体化装置上,实现减阻效果,从而为减阻节能带来新的研究方向。