电控旋翼直升机飞行动力学建模与配平特性研究

首先基于Peters-He广义动态尾迹理论,建立了电控旋翼动态尾迹入流模型,进一步结合电控旋翼襟翼操纵与桨叶变距之间的关系、桨叶挥舞运动方程和带襟翼翼型非定常气动力模型建立了适用于飞行力学分析的电控旋翼气动力模型。在此基础上,结合机身、尾桨、尾面的气动力模型,建立了完整的电控旋翼直升机飞行动力学分析模型。以Z-11直升机为基准改造为电控旋翼直升机作为算例,计算了前飞状态下电控旋翼直升机的诱导速度分布和桨盘迎角分布,对比了电控旋翼与常规旋翼的气动特性差异;在此基础上,进一步分析了电控旋翼直升机的配平特性随前飞速度的变化规律以及与常规直升机的差异。

动力学分析在某直升机尾桨故障分析中的应用

本文从直升机尾桨动力学信号特征分析着手,从动力学特性影响方面分析了直升机尾桨产生故障的原因,并结合故障件的检查进一步确认故障原因,从而提出了从动力学信号分析故障原因的程序方法。

基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测法

提出了一种基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测方法。首先,采用平面标定算法对双目视觉系统进行标定,获取摄像机内外参数;其次,采集不同桨叶的立体图像对,并用Bouguet算法对其进行校正,获取重投影矩阵;然后,对立体图像对中的标记点进行检测与匹配,获取标记点的视差;最后,根据双目视觉测量原理计算出桨尖距地面的高度,实现桨叶共锥度检测。通过对旋翼塔进行多次测量实验,结果表明该方法具有动态测量、非接触式、操作简单、危险性小和精度高的优点。

基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量

为实现直升机旋翼桨叶挥舞角的测量,提出了一种基于双目视觉的测量方法。首先,在直升机旋翼桨叶上均匀布置编码标记点,用已标定的双目摄像机对旋翼桨叶每隔一定角度采集标记点图像;其次,对左右摄像机图像上的标记点进行解码和匹配,得到标记点的左右图像视差,进而计算标记点三维坐标;再次,利用标记点在各个角度下的三维坐标,计算旋翼中心和转轴方向,建立旋翼坐标系;最后,在旋翼坐标系下,根据标记点静止与高速旋转时在同一角度下的三维坐标,计算挥舞角大小。利用风扇叶片进行仿真试验,结果验证了该方法具有自动化程度高和测量精度高的特点,可满足直升机旋翼桨叶挥舞角测量的要求。

基于CUDA的直升机旋翼桨叶挥舞角快速测量方法

针对基于立体视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量CPU串行算法耗时多、效率不高的问题,利用图像处理单元(GPU)并行计算的优势,提出一种基于CUDA统一计算设备构架的并行处理快速算法。首先,对算法中最耗时的图像去噪、阈值分割、连通域标记三部分进行并行化设计;然后,采用多层次并行策略将大量密集运算分配到不同的图像处理单元上并行执行,利用共享内存和共享寄存器加速数据访问;最后,进行多次测量实验,结果表明该方法执行效率明显高于CPU串行方法,可满足旋翼桨叶挥舞角快速测量的要求。

纵列式旋翼直升机“地面共振”研究

本文提出了一种分析纵列式旋翼直升机“地面共振”的理论建模方法,通过算例计算与分析对多旋翼与机体耦合产生动不稳定性机理进行了研究,考察了一些重要的动力学参数或因素对“地面共振”的影响,指出了“地面共振”建模分析和工程设计应考虑的因素和设计准则。

基于标记点的直升机旋翼动态三维测量方法

为快速方便地获取直升机旋翼动态三维坐标,提出了一种基于编码标记点和立体视觉的旋翼动态三维测量方法,该方法首先采用平面标定法及Bouguet校正算法实现立体标定和图像校正;其次,依据标记点形状和灰度特征,采用图像二值化和连通域标记等方法检测并定位编码标记点的中心,确定标记点像素坐标;然后,采用邻域扫描法对编码点进行解码,得到标记点的码值,并依据码值实现左右视图中同名标记点匹配;最后,利用投影方程求出标记点三维坐标,实现直升机旋翼动态三维测量。仿真实验结果表明该方法精度高,实际测量误差不超过0.3mm,可满足旋翼动态三维测量的要求。

直升机旋翼前飞状态下的气动弹性分析

建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。

直升机旋翼翼型动态失速特性试验研究

针对CH-9.5旋翼翼型,开展了不同马赫数、迎角及振动频率下的静态和动态气动特性实验,介绍了试验测量方法、试验结果处理步骤,测量了不同状态、不同参数时的翼型动态失速特性,给出了迟滞环区域随马赫数、迎角及振动频率的变化规律,所得的试验结果为理论模型提供了验证依据。

倾转旋翼飞行器飞行力学模型研究

对倾转旋翼飞行器飞行力学模型的建立进行了理论研究。其中旋翼的气动模型,使用了非定常叶素理论,而对于机翼、尾翼和机身的气动力计算则采用了成熟的升力线理论模型。对于气动干扰的问题,则主要是考虑了机翼与旋翼的气动干扰。最后对算例飞行器不同模式下的飞行状态进行了飞行特性计算,验证了所建模型的合理性。

基于SVM的直升机飞行状态识别

针对直升机飞行状态识别训练样本数据少而导致识别率不高的问题,提出一种基于支持向量机(support vector machine,SVM)的直升机飞行状态识别方法.首先利用限幅、去野点和均值滤波对飞行数据进行去噪,用最小二乘法对飞行数据进行直线拟合获取变化率,并根据线性相关性提取状态特征参数,以减少数据冗余;然后根据特征参数将飞行状态分为10小类,对每一小类进行SVM分类器设计以提高识别效率;最后利用训练样本训练每个SVM分类器,用训练好的SVM分类器识别直升机全起落飞行状态.通过某型直升机实飞数据进行飞行状态识别实验,并将所提出的方法与RBF神经网络法进行对比,所得结果表明该方法在小样本情况下的识别率有明显提高,可为直升机故障诊断和寿命预测提供依据.

基于随机森林的直升机飞行状态识别方法

针对直升机飞行状态识别训练样本数据少而导致识别率不高的问题,提出一种基于随机森林的直升机飞行状态识别方法。首先利用去野点、限幅、平滑处理对飞行数据进行预处理,并根据特征参数将飞行状态分为8个小类;然后利用随机森林识别率较高的特点,对每一小类进行随机森林分类器设计;最后利用训练样本训练每个随机森林分类器,并将训练好的随机森林分类器识别直升机全起落飞行状态。以某型直升机实飞数据作为实验数据,将该方法与RBF神经网络法和SVM法进行对比实验,结果表明在小样本情况下该方法识别率有明显提高,识别速度也有所提高,可为直升机寿命预测提供依据。

基于VMD-SE和DE-ELM的直升机滚动轴承故障诊断方法

针对直升机自动倾斜器滚动轴承转速低、钢球多,故障特征频率难提取的问题,利用VMD-SE和DEELM对直升机滚动轴承进行故障诊断。首先,对振动信号进行变分模态分解,利用中心频率法选择模态数,通过样本熵提取模态分量的特征;其次,利用差分进化算法对ELM进行优化;最后,利用课题组测得的真实数据进行故障诊断试验。结果表明:相比ELM和BA-ELM方法,DE-ELM在隐含层节点数较少情况下对轴承故障识别率达到99%以上,验证了该方法用于直升机自动倾斜器滚动轴承故障诊断的有效性。

无人直升机目标定位系统设计

为了提高无人直升机在自主飞行作业时的精确性,本文设计了一套获取无人直升机相对于任务目标飞行状态的测量系统。该系统采用机载激光雷达对无人直升机周围环境进行扫描建模,使用STM32作为微控制器设计硬件电路实现系统功能。提出一种针对性算法,对扫描范围内的环境数据进行处理与分析并解算出飞行状态。此外,还使用Labview进行上位机软件的开发,可以实时显示该系统测量得到的状态结果。实际测试结果表明,该系统可以准确获取无人直升机相对于任务目标的距离和方位角。

受控后缘小翼智能旋翼气动弹性分析

建立了一种考虑刚体小翼-弹性桨叶耦合的后缘小翼智能旋翼动力学分析模型,分析小翼受控后的旋翼气动弹性响应及动载荷变化。通过与SA349/2直升机的飞行实测数据比较,证实模型的计算结果可靠,精度与CAMRAD II软件相当。悬停状态基准旋翼的后缘小翼受控后,桨尖的挥舞/摆振/扭转响应都明显增加,且响应幅值基本随小翼的偏转角线性增加。对0.197前进比的前飞状态,以针对桨毂载荷的优化控制规律操纵后缘小翼偏转,挥舞与摆振响应变化不明显,震荡扭转响应的幅值明显增大。对于两个计算状态,挥舞响应与扭转响应收敛速度均比摆振响应快。

旋翼复合材料桨叶弹损穿孔的有限元建模方法

军用直升机旋翼桨叶具有抗弹击设计要求。根据复合材料桨叶的结构特点和工作特性,提出了建立复合材料桨叶弹击穿孔有限元模型的等截面节点移除法,该建模方法先采用等截面拉伸建立桨叶典型结构段的三维模型,然后将弹孔处的节点移除以模拟桨叶的弹损状况。所建立的桨叶弹损模型具有较高的置信度和可接受的解算规模,可作为进一步研究复合材料桨叶抗弹击性能的基础。

悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响

本文通过悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响的研究,探索它们之间内在机理,为旋翼性能、操纵性和稳定性提供悬停试验及分析结果。通过对试验与理论计算结果的分析,给出了模型旋翼在悬停状态下,旋翼气动特性随地面高度变化的现象,利用实测桨叶表面压力的方法进一步验证地效情况下旋翼功率随拉力变化的规律。

遥控小型倾转旋翼机飞行控制系统研究

遥控小型倾转旋翼机飞行控制系统研制中所涉及到的关键技术众多,围绕研制中遇到的问题提出了解决措施和技术方案。本文主要讨论遥控小型倾转旋翼机飞行控制系统的系统的结构与配置,包括飞行控制计算机、传感器系统、电动伺服舵机、基本飞行控制规律等。

无轴承尾桨构型对性能、载荷的影响实验研究

本文利用某型机的无轴承尾桨叶,重新设计的尾桨毂、尾操纵组件,实现了不同的尾桨构型,并在通用尾桨试验台上进行悬停状态下不同构型对性能、载荷的影响实验研究,并对多种无轴承尾桨构型试验的性能、载荷试验数据进行了对比分析,得出剪刀式无轴承构型可提高尾桨拉力至少3%以上。

旋翼系统典型故障的诊断与预测方法

在分析直升机旋翼系统典型故障的基础上,提出了旋翼系统典型故障的诊断与预测方法,包括:桨叶疲劳寿命预测方法,桨毂疲劳寿命预测方法,拉杆疲劳寿命预测方法,自动倾斜器轴承故障诊断方法等。同时,介绍了基于飞行状态识别,基于虚拟传感器,基于载荷实测的疲劳寿命预测方法和自动倾斜器轴承故障诊断方法的关键技术,说明了旋翼系统典型故障的可测试性以及实现旋翼系统基于状态维修(CBM)的可行性。