直升机ACF智能旋翼压电叠堆输出特性仿真分析

压电叠堆是ACF智能旋翼中后缘襟翼的致动元件,其输出性能的好坏直接影响后缘襟翼的偏转效率。基于COMSOL Multiphysics有限元平台,对全电极和叉指电极两种构型的压电叠堆进行了参数化建模,对叠堆自由位移和阻塞力两种典型输出特性进行了仿真分析,并利用理论进行了校验。结果表明,基于参数化建模的压电叠堆有限元模型具有良好的准确性,其计算结果与理论模型计算结果基本保持一致;两种构型压电叠堆的输出特性随激励电压的变化都是趋于线性的;相同激励电压下,同横截面积的叉指电极型压电叠堆的自由位移小于全电极型,减小比例与各陶瓷层活性区面积的缩减比例一致,而两种构型叠堆的阻塞力大小相当,叉指电极的尺寸缩进不会使得阻塞力明显降低。

基于智能变距拉杆的旋翼平衡实时调整方法

旋翼不平衡是造成直升机振动的重要原因,而传统旋翼平衡调整是一种定期维护方法,耗时长且无法长时间保持维护后的振动水平。本文研制了一套基于智能变距拉杆的旋翼平衡实时调整(In flight tuning,IFT)系统,可以根据计算机发出的数字指令控制智能变距拉杆长度实现桨叶变距输入,进而完成旋翼动平衡调整。试验发现智能变距拉杆杆端位移量对旋翼转频振动分量的影响呈线性规律,由此确定拉杆调整系数矩阵。当获取旋翼不平衡振动信息后,根据相位选择相应拉杆作为调整器,根据振幅在调整矢量方向投影的大小关系设计了调整策略,得到拉杆完成平衡调整所需的位移量。通过旋翼塔试验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以在直升机飞行过程中实时降低旋翼振动水平,有效提高了旋翼动平衡调整效率。

全尺寸旋翼智能变距拉杆设计及验证技术

为降低直升机旋翼不平衡引起的振动,近几年出现了一种直升机旋翼实时调整(in-flight tuning, IFT)系统,通过主动式动态调整变距拉杆长度恢复旋翼系统动平衡状态,以达到减振目的;智能变距拉杆(smart pitch rod, SPR)是IFT系统的执行机构和重要的组成部件,其特点是精度高,载荷大;针对国内首次研究和试制的智能变距拉杆,提出了一种可行的设计方案,经加载台测试验证结果表明其最大推力达到了25 000 N,控制精度达到了0.01 mm以上;在某10吨级直升机旋翼塔上进行的旋翼平衡实时调整试验结果显示,1/rev旋翼振动减少了80%以上。

后缘小翼型智能旋翼桨叶模型设计分析与试验研究

提出了一种基于推挽式双X压电驱动机构的后缘小翼型智能旋翼方案,开展了后缘小翼型智能旋翼模型的设计分析与试验研究。空载试验主要用于验证驱动机构的驱动特性,测试了压电堆和驱动机构的静态输出;为了验证悬停时小翼在铰链力矩作用下驱动机构能否有效驱动后缘小翼,进行了加载试验。试验采用线性霍尔传感器对推挽式双X型驱动机构在不同电压和频率驱动下小翼的偏转角度进行了测量。理论分析与试验测试结果基本吻合,压电驱动机构能够有效驱动后缘小翼,该智能旋翼方案是合理和可行的。

基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统

针对超/特高压输电线路安全运行所面临的挑战与风险,以当前智能电网发展与"三集五大"电网运行模式改革为背景,开发了基于多旋翼无人机的超/特高压输电线路智能巡检系统,并阐述了系统的组成、功能及其关键技术。该系统已在输电线路巡检中初步应用,结果表明其能够高效、自主、准确识别并诊断特高压输电线路的典型缺陷与故障。

直升机智能旋翼后缘小翼参数研究

介绍了用于直升机减振的后缘小翼型智能旋翼相关设计参数的研究。建立了后缘小翼型智能旋翼的气弹动力学分析模型。研究了小翼的关键设计参数:小翼展长、小翼弦长、小翼径向位置、小翼重心布置以及前进比等对后缘小翼偏转角度、驱动机构需用功率以及桨毂振动载荷的影响。参数分析结果用于指导模型的设计并为后续的模型试验提供理论依据。

智能旋翼基于陷波器的振动载荷抑制算法

智能旋翼为直升机减振降噪提供了一条极具发展前途的技术途径。本文研究了一种用于智能旋翼减振的连续时域控制算法,该控制算法主要由陷波器和通道增益两部分组成,对每一个控制反馈通道,将产生两路状态信号,系统减振效果取决于两个状态通道增益的比值。控制仿真结果显示,该控制算法具有出色的减振效果,并对随机噪声和谐波干扰信号都具有较强的抑制作用,为了抑制4Ω旋翼桨毂振动载荷,所需的后缘襟翼控制量是3Ω/4Ω/5Ω多谐波组合输入。相较于经典的离散频域高阶谐波控制算法,该算法是一种连续时域控制算法,可大幅加快控制系统的收敛速度,与此同时,在非平稳的直升机飞行状态下,也具有更佳的减振效果。

基于微型四旋翼无人机的智能导航系统

为了实现四旋翼无人机的自主飞行,设计了该智能导航控制系统。飞行控制器采用陀螺仪与三轴加速度传感器相结合的方式检测飞行器姿态,通过ATMEGA644芯片分别控制4个电机驱动模块调速来实现飞行姿态的改变。导航系统通过ARM7控制GPS模块与电子罗盘,获取飞行器的实时位置,并利用软件滤波的方式提高了定位精度。设计了上位机控制软件,可加载数字地图并且设置飞行路线,通过无线串口与无人机通讯,实现无人机的智能自主飞行。通过实验证明该系统能够实现智能导航的功能。

基于双X驱动机构的智能旋翼模型试验

直升机的减振降噪是直升机发展史中一直面临的一个重要课题。本文主要开展了基于推挽式双X型驱动机构的主动后缘小翼型智能旋翼模型的初步设计分析与试验研究。对智能桨叶及驱动机构进行了设计分析和加工,对驱动机构进行了优化,进行了不旋转状态下的试验,验证了该方案的可行性。

主动扭转智能旋翼频域研究及仿真

以直升机主动扭转智能旋翼的数学模型作为控制对象,以主动桨尖偏转引起的桨毂五力素的4阶谐波分量作为输出项,以主动桨尖偏转角作为输入项,建立了多输入多输出控制系统;在此基础上,对主动扭转智能旋翼数学模型进行仿真控制试验,研究不同频率组合的控制信号对桨毂五力素4Ω谐波分量的抑制影响。

直升机自适应旋翼驱动系统的研究进展

直升机自适应旋翼由复合材料桨叶、埋入式驱动和传感元件以及控制系统组成，它能够有效地抑制桨叶的振动、改善旋翼的操纵系统和空气动力特性。对自适应旋翼的基本含义和关键技术之一——驱动器进行了评述，并从旋翼驱动材料、驱动系统和力学模型等方面介绍了当前的研究成果。

基于脉冲编码调制技术的智能旋翼系统

现有的直升机上旋翼是主要的振源,目前对旋冀的振动控制的闭环系统采用的大多是接触式的信号传输方式,本文介绍了利用压电智能结构,结合PCM(脉冲编码调制)技术的非接触信号传输方式和自适应控制算法的智能旋翼系统,实验结果证明了此方式对旋翼的振动抑制的有效性。

直升机旋翼复合材料桨叶结构设计与选材分析

介绍了直升机旋翼复合材料桨叶的结构特点和设计要求,分析了国内外复合材料桨叶结构设计的选材情况,总结了我国直升机复合材料桨叶结构选材现状与现存问题,并对无轴承旋翼柔性梁和主动控制智能旋翼国际新型桨叶复合材料结构设计与选材进行了讨论。综述研究表明,直升机旋翼桨叶工作环境复杂,在动力学设计方面有较高要求,复合材料桨叶结构设计及其成本与选材存在相互依赖和相互制约的矛盾关系,指出桨叶用复合材料与其结构设计技术的发展,对提高我国直升机旋翼桨叶性能、可靠性、寿命和安全性具有重要意义。

张力腿漂浮式风电机组疲劳载荷智能控制研究

以张力腿式(tension leg platform,TLP)UpWind/NREL 5 MW风电机组为研究对象,采用FAST/AeroDyn开源代码,结合自主开发的基于柔性尾缘襟翼(deformable trailing edge flap,DTEF)的载荷智能控制系统,搭建气动-水动-伺服-弹性仿真平台,选取国际电工协会(IEC)标准正常湍流模型(NTM)和正常海况模型(NSS)工况,开展张力腿漂浮式风电机组载荷控制研究。通过与整体变桨控制比较发现,在DTEF控制下,叶片、传动链和塔架的疲劳载荷得到了有效控制,载荷降低20%~35%,增加了系统的可靠性和经济性。在额定风速以上,DTEF的辅助变桨作用可缓解变桨系统的磨损,并同时降低发电机转速、扭矩和功率的波动,提高了机组的性能。为探索控制有效性的原因,开展详细的基于DTEF的相关机理分析。

智能旋翼——一种极有前途的直升机振动主动控制技术

在直升机旋翼各片桨叶后缘安装主动控制附翼（ＡＣＦ）的智能旋翼新概念，发展十几年来，特别是在智能材料技术取得重大进展、得到广泛应用的今天，正越来越受到直升机界的重视。本文简要概述了智能旋翼概念的由来、发展现状以及主动附翼控制振动的基本问题，指出该技术是一种具有卓越潜能、极具应用前景的直升机振动控制方法。

具有在线训练功能的智能旋翼频域神经控制

直升机旋翼所处的复杂气动环境使它遭受复杂的振动 ,引起桨毂交变载荷 ,进而激起机体振动。智能旋翼是目前国际直升机界的一个研究热点。本文以减小桨毂交变载荷为控制目的 ,提出了在线训练神经模拟器的智能旋翼频域神经控制 ,进行了计算机仿真 。

主动扭转智能旋翼模型试验研究

在国内首次进行采用压电片驱动的碳纤维弯扭耦合梁作为驱动机构的智能旋翼风洞试验。试验结果表明:主动扭转智能旋翼在高转速前吹风状态下,受控状态下的可动桨尖沿扭转输出轴上下偏转可以明显改变桨叶气动力的相应谐波分量,进而影响桨叶的振动,试验为主动扭转智能旋翼用于直升机旋翼振动主动控制奠定硬件基础。

智能旋翼振动高阶谐波控制方法

结合传递矩阵在线识别与最优控制理论,构建了一种智能旋翼振动载荷频域高阶谐波控制方法,据此对主动后缘襟翼(ACF)型智能旋翼进行了振动主动控制仿真,重点分析了控制算法的鲁棒性以及算法参数对控制效果的影响。结果表明,在稳态飞行条件下,频率为NΩ的旋翼振动载荷最高降低90%以上;当控制过程中出现旋翼工况改变,控制器仍能保持良好的控制效果。对控制参数选取、数据无量纲处理等方法进行了总结,对智能旋翼振动闭环控制试验设计有一定的指导意义。

后缘襟翼型智能旋翼驱动力臂的设计方法

为使后缘襟翼型智能旋翼达到最佳的减振效果,本文建立了两种模型方法对智能旋翼驱动机构的关键设计参数——驱动力臂进行了探讨。一方面基于CFD、CAMRADⅡ和ABAQUS联合仿真的方法,建立了机电耦合多体系统有限元模型;另一方面基于襟翼变形前后的几何关系分析,建立了更为简化的几何模型。最后通过对智能旋翼桨叶的驱动性能静态试验来验证模型。测试结果表明,有限元仿真结果与试验结果一致,几何模型与有限元模型得到的襟翼最大偏角的误差不超过6%。因此,本文所建立的有限元模型分析法和几何模型分析法可以为后缘襟翼型智能旋翼结构详细设计和初步设计中驱动力臂的参数选择提供有效参考。

基于四旋翼无人机的单目建模系统

为了实现四旋翼无人机的自主飞行、环境单目稠密重建与即时导航功能,文中设计了该单目建模导航系统。飞行控制器采用MPU6050六轴传感器采集六轴信号,通过算法拟合出飞行器姿态,然后通过STM32F103RBT6芯片分别控制4个电机驱动模块,即时通过PID算法输出PWM值进行调速来实现飞行姿态的稳定和改变。建模系统通过控制GPS模块,可以获取飞行器的实时位置;飞行器通过图像采集模块,可以获取飞行器的环境信息。设计了上位机软件,能够接收图像并且进行单目稠密重建。稠密重建主要由从运动到结构、基础表面构建、约束场景流稠密重建、稠密对齐和局部模型集成共五方面组成,然后通过无线串口与无人机通讯,实现无人机的智能自主飞行。实验结果表明,该系统能够实现单目建模的功能。