倾转机翼/旋翼机过渡姿态规划分析

针对带有倾转机翼段的新构型倾转旋翼机复杂的倾转过渡变构型过程,提出一种基于动量叶素理论的高速段倾转走廊边界计算方法。通过低速时机翼失速限制和高速时旋翼可用功率限制建立倾转过渡走廊计算模型,对比了传统构型倾转旋翼机和倾转机翼/旋翼机的倾转过渡走廊差别。对2种构型倾转旋翼机倾转过渡状态下前飞速度、机身迎角、旋翼桨距角姿态进行了对比分析。结果表明:带有倾转机翼段的倾转机翼/旋翼机具有更狭窄的倾转走廊,在短舱角0°状态,倾转机翼段占1/3展长的旋翼机相较于传统构型倾转旋翼机,倾转速度边界从39~57 m/s缩减到41.7~51.2 m/s,倾转操纵难度加大;在大于45°短舱角的倾转前期,同样的前飞速度和短舱倾转角状态下,倾转机翼/旋翼机机身迎角降低约2°,旋翼桨距角增大1°~4°,随着倾转过渡的完成,2种构型倾转旋翼机姿态差异逐渐变小。

倾转机翼旋翼无人机倾转过渡状态数值模拟

倾转机翼旋翼无人机相较于传统构型倾转旋翼机能够显著改善悬停状态旋翼尾迹对机翼的气动干扰影响,提高飞行效率。针对该构型无人机具有复杂非定常气动特性的连续倾转过渡过程,采用由经典的分离涡模拟方法(DES)改进得到的延迟分离涡模拟方法(DDES)对其进行流场气动干扰计算,倾转过渡过程中无人机前飞速度、旋翼桨距角、机身与固定翼迎角以及短舱倾转角都随时间动态变化。通过与无倾转机翼传统构型对比,分析了倾转过渡过程气动性能变化以及流场机理。仿真计算结果表明,倾转初始状态无人机受到旋翼下洗流影响较小,在30°短舱倾转角以前的倾转过程,由于倾转机翼段阻力增大,导致旋翼需用拉力增大。倾转机翼段在倾转过程中产生的分离涡与旋翼下洗流尾迹产生碰撞干扰,导致在机翼翼梢位置产生更大的尾迹干扰区域,并且对内侧固定翼翼梢产生下洗效果,降低了整机升力。

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。

基于主动倾斜式尾翼的车辆气动特性研究

为提高车辆在弯道行驶的操纵稳定性,本文中设计了一款主动倾斜式尾翼的空气动力学套件,在现有车辆的基础上加装主动倾斜式尾翼和前唇,通过空气动力学仿真找出车辆气动特性与尾翼倾角和攻角的关系。基于模糊控制算法设计可调倾角和攻角的控制策略,并通过车辆操纵稳定性仿真对控制策略进行了优化。在实车上加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件并根据优化后的控制策略编写代码,基于国家标准进行操纵稳定性实车试验。试验结果表明,加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件的车辆相对于加装仅攻角可调的空气动力学套件车辆、未加装空气动力学套件的车辆在稳定性上都有一定的提升。

小型多桨倾转机翼飞行器倾转过渡特性风洞试验研究

多桨倾转机翼飞行器飞行模式多且操控复杂,尤其是倾转过渡模式,气动干扰复杂,操纵冗余,从理论上确定气动与操纵特性难度大。为了研究多桨倾转机翼飞行器倾转过渡模式的气动与操纵特性,对某小型多桨倾转机翼无人机单独机翼及整机开展了倾转过渡模式不同机翼倾角、不同舵面角度、不同油门等状态下的吹风测力试验。根据试验数据分析了整机倾转过渡模式的操纵特性及控制原则,为多桨倾转机翼构型飞行器总体设计及倾转过渡模式操纵策略研究提供了参考。

多旋翼倾转定翼无人机的姿态控制

研究多旋翼倾转定翼无人机在直升机模式下的姿态控制优化问题。为了克服常规PID控制器调节参数繁琐、LQR控制器易受实际环境制约、非线性控制器对建模精度要求高并且计算量大等困难,提出一种采用模型的线性二次高斯方法。首先构建飞行器的姿态角模型,然后再采用卡尔曼滤波器与LQl控制器相结合,设计了线性二次高斯控制器。仿真结果表明,设计的控制器具有良好的稳态和跟踪性能,能够实现飞行器在直升机模式下的姿态角优化控制。

倾转定翼无人机姿态控制系统设计

所研究对象为四旋翼倾转定翼无人机(Quad Tilt Wing-Unmanned Aerial Vehicle,QTW-UAV),首先对QTW-UAV的直升机模式进行动力学特性分析,建立其滚转运动数学模型,然后设计了基于模型参考的PID自适应控制器,在传统PID控制方法的基础上融合自适应控制算法,给出PID参数自整定率,实现了QTW-UAV姿态角的自适应控制;仿真结果表明,设计的控制器具有良好的稳态和跟踪性能,实现了QTW-UAV姿态稳定控制。

固定翼倾斜摄影在地籍测图中的应用

本文主要探讨了如何利用CW-10垂直起降固定翼搭载RIY-DG3倾斜摄影相机完成外业影像数据获取,通过ContextCapture生成实景三维模型,采用TSD 3DMapper倾斜摄影测图系统进行地籍测图,形成地籍测图成果的技术方法。在成果形成后,通过外业传统地籍测量方法对形成的成果进行精度验证,经精度验证成果能够达到地籍测图的精度要求。通过此次试验,充分论证了固定翼倾斜摄影技术在地籍测图中的可行性,为快速形成可靠的地籍图成果提供一种新的可选方法。

新型可倾转旋翼的四旋翼飞行器结构设计

在对四旋翼飞行器结构优化设计中针对可倾转旋翼的四旋翼飞行器飞行过程中出现的垂直起降速度慢和高空巡航距离短,稳定性受到扰动的问题,提出了倾转旋翼和伸缩翼膜相结合的飞行器结构。采用具有伸缩性能的主翼膜及其主传动机构,当飞行器在垂直起降和高空巡航过程时,使主翼膜分别处于收缩和伸展状态,以减小气流扰动和提供部分升力。根据旋翼、机身和主翼膜的力学模型,分析了飞行器在不同飞行过程的受力情况,进行了飞行性能Matlab仿真。仿真结果表明:与传统四旋翼飞行器相比,具有伸缩翼膜的可倾转旋翼的四旋翼飞行器具备起降迅速、远程巡航的优点,具有较高的工程实践价值。

基于Hamilton体系的Lagrange方程盒式倾转旋翼无人机建模

针对倾转旋翼飞行器动态倾转过程中动力学建模问题进行了研究。首先,从多体动力学出发,以某盒式倾转旋翼无人机为算例,将该无人机假设成由机翼、机体、涵道风扇、倾转旋翼等组成的多刚体系统。其次,通过不同刚体质心间的位移约束,建立该无人机系统的非保守力和力矩矩阵,以及动能、势能、余虚功和逆势能模型。最后,分别基于Hamilton体系下的Lagrange方程和第二类Lagrange方程推导并建立了该盒式倾转旋翼无人机的动力学模型。仿真结果表明:两类Lagrange方程所建动力学模型的仿真结果与实验数据一致,验证了所提建模方法的合理性;在倾转旋翼转速不变的情况下,倾转过程所用时间越长,无人机掉高越少,轨迹越光滑,但输入能量越多,具体倾转过程的设计要根据实际输入能量、倾转时间等需求进行确定。

大尺寸带翼飞行器质心测量新方法

现有的大尺寸带翼飞行器质心测试方法在精度和效率上无法兼顾。针对该问题,提出了一种质心测量新方法,并研制了一套质量质心测试系统。该系统采用激光跟踪仪用于得到测量设备坐标系与产品坐标系的转换关系,解决了现有的小角度翻转法的原理弊端,从根本上提高了测量精度。本方法的优势在于进行产品测量时候只需测量一组产品关键点及测试设备参考点坐标,相对于现有的坐标定位-称重法,提高了测量效率。仿真结果表明,倾斜角度为15°时,质心测量标准不确定度低于1.91 mm,实验结果表明,相对于传统方法,采用本方法测得质心误差减小了1/3左右。

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。

一种基于粒子群寻优的无模型自适应控制方法

针对倾转翼飞机过渡段时变、强耦合、非线性等特点,利用基于数据驱动的无模型自适应控制理论设计过渡段飞行控制器,使用粒子群优化算法解决无模型自适应控制器调整参数的问题。仿真结果表明,基于数据驱动的无模型自适应控制器可实现倾转翼飞机过渡段平稳飞行,同时证明了基于数据驱动的无模型自适应控制方法在处理时变、强耦合的非线性系统时具有独特的优势。

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。

计入螺旋桨干扰的倾转机翼飞行器气动特性研究

倾转机翼飞行器不仅拥有直升机固有的垂直起降能力,还具备传统固定翼飞行器特有的高速巡航的特点,是目前军民用飞行器研究的热点之一。针对传统倾转机翼飞行器存在螺旋桨气动效率低、倾转机构复杂的问题,提出四发串列式倾转机翼垂直起降布局形式,对该布局飞行器进行总体设计,完成螺旋桨周围流场特性、螺旋桨间干扰特性、螺旋桨和机翼之间干扰特性的研究分析,并制作验证机进行验证。结果表明:该布局很好地解决了螺旋桨气动效率低、传动机构复杂的问题,具有较强的可实现性及实用性。

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。

倾转旋翼飞行器定翼机模态模型预测控制

以XV-15为原型,建立倾转旋翼飞行器纵垂通道三自由度非线性全量模型并线性化。针对其定翼机模态下的纵垂向控制问题,采用级联控制方案,设计基于状态空间模型预测算法的控制器,不同短舱角采用同一组参数,实现无切换控制。仿真结果表明,所设计的飞行控制系统性能好、鲁棒性强,能够满足应用要求。

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。