小型电动无人机总体参数设计方法研究

小型电动无人机是目前无人机设计研究领域的重要方向之一。电池的比能量比功率低,电池在不同放电条件下具有不同的比功率,比能量也会发生相应的变化等,使得小型电动无人机在总体参数确定方法和参数的选择上,和以活塞式发动机为动力的无人机相比,具有不同的特点。文章通过电池重量系数等参数的引入,将传统飞机的总体参数确定方法拓展到小型电动无人机的总体参数设计中,研究了小型电动无人机总体参数确定方法和参数的选择过程,同时介绍了试验样机的飞行试验情况。

几何大变形太阳能无人机非线性气动弹性稳定性研究

大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弯曲变形,机翼结构的刚度、质量分布等特性亦发生较大改变,线性理论无法满足这类飞机气动弹性稳定性分析的精度要求。基于Co-rotational(CR)理论,推导了结构变形后的切线刚度矩阵和质量矩阵,建立了大柔性机翼结构动力学模型;采用建立在局部气流坐标系下的片条非定常气动力模型,建立了考虑几何非线性效应的大柔性无人机气动弹性运动方程。引入准模态假设,采用P-k法研究了几何大变形对类"太阳神"布局太阳能无人机的气动弹性稳定性的影响。研究结果表明:随着弯曲变形的增加,非线性颤振速度可降低10%以上,非线性颤振频率可下降8%;合理的增加扭转刚度、前移弹性轴、前移剖面质心等,均可以有效改善几何大变形引起的不利影响。研究工作对大柔性飞机的气动弹性设计具有一定的参考意义。

电视制导无人机导引律研究

电视制导无人机是目前国际上一项热门研究课题,它不仅要求攻击精度高,而且要求命中目标时姿态最佳,以达到最大毁伤效果,同时电视导引头采用小型化结构,其框架角受到限制,容易发生碰框,影响对目标的精确跟踪。鉴于以上因素,提出一种修正比例导引律——在纵向采取考虑无人机命中角约束和俯仰框架角约束的修正比例导引律,在横侧向采取考虑方位框架角约束的修正比例导引律。仿真结果表明提出的导引规律能满足电视制导无人机的战技指标要求。

小型无人机航位推算定位算法研究与误差分析

对空中航位推算(DR)算法做了深入研究,提出了适用于小型无人机(UAV)的风速估计策略;将算法中各元素的误差对推算定位精度的影响进行了理论分析与数值计算;该研究结果应用于某小型UAV的航位推算/GPS组合导航系统的设计与实现中;飞行试验表明,通过提高对DR误差影响较大的元素的测量精度和风速的估计精度,有效提高了DR推算精度,与以往其他小型UAVs相比,在断开GPS对DR的修正后,DR精度保持在一定范围的持续时间显著延长。

无人机飞行品质标准研究

针对在编写无人机飞行品质标准的过程中所讨论的焦点问题,简要介绍了无人机飞行品质标准的体系架构,对飞行品质标准的主要条款进行了简要解释与分析,并与有人机的飞行品质标准进行了比较。该项研究为有关人员提供了参考和帮助。

无人机气动特性改进及风洞试验研究

为延长某无人机的留空时间,加大航程和提高升限,用适当加大机翼展弦比和加装翼尖小翼的办法对原型机的气动特性进行了改进,以期能使该无人机的升阻比有较大提高。在工程估算的基础上,对改进后的气动特性和几十种翼尖小翼的组合方案进行了风洞试验研究和优化分析,得出了可供该无人机使用的气动特性改进的最佳方案。风洞试验结果表明:和原型机相比,改型机的最大升阻比可提高20.6%。

垂直起降固定翼飞翼布局无人机过渡飞行纵向稳定性研究

针对由两个主涵道风扇和一个前涵道风扇组成垂直升力部件的垂直起降固定翼飞翼布局无人机,估算出风扇推力和喷流/机翼的诱导气动力,考虑到过渡飞行过程的气动干扰明显和配平控制量变化较大的影响,并且为了防止无人机进入失效陡壁,提出一种预置飞行迎角加速到安全速度后,先关闭主涵道再关闭前涵道风扇的过渡飞行控制策略,分析了无人机平飞速度、涵道风扇入口来流、出口喷流对配平和过渡飞行纵向稳定性的影响,得到了涵道风扇的作用减小了过渡飞行的短周期稳定性、增加了长周期的阻尼的结论。

飞翼布局无人机进排气效应风洞试验研究

飞机进排气会对全机气动性能产生明显的影响。采用引射式动力模拟器对飞翼布局无人机开展进排气效应模拟,分析进排气对全机气动特性的影响。试验结果表明:进排气对飞翼布局升力影响不明显,对阻力影响量比较大,可使全机最大升阻比降低1～4左右,而喷流能使全机最大升阻比下降1～1.8左右,进排气效应使得全机俯仰力矩增加,但纵向静安定度基本不变;进排气对全机横航向特性影响不大,对襟翼效率影响也甚微。可作为飞翼无人机气动布局设计的参考。

小型无人机动力装置建模与仿真研究

针对小型无人机广泛使用的二冲程活塞式航空发动机螺旋桨动力装置,研究了发动机的速度、高度特性及定距螺旋桨的拉力系数、功率系数及效率随前进比变化等问题,建立了二冲程活塞式发动机螺旋桨动力装置模型。动力装置模型应用于无人机非线性飞行仿真平台中,进一步研究了无人机风门-高度、升降舵-速度保持/控制等问题,结果表明动力装置模型合理可行,满足小型无人机飞行控制仿真的要求。

基于结构动网格的无人机地面效应研究

为了更好地分析地面效应对无人机气动特性的影响,采用一种新的结构动网格生成技术,运用CFD手段对某无人机的地面效应进行了研究。在一套静态网格CFD计算基础上,运用结构动网格生成技术,获得非定常的网格移动,得到一系列的不同攻角、地面效应高度的CFD网格及初始流场。在此基础上进行定常流场求解,计算得到地面效应的定常CFD结果。最后对某双尾撑布局无人机的地面效应进行了CFD计算研究,对相应的全机气动特性的影响进行了分析。计算结果表明:地面效应对平尾的影响大于对机翼的影响并使平尾的失速迎角提前;该方法是可行的,具有一定的工程应用价值。

小型固定翼无人机零长发射参数安全边界研究

针对小型螺旋桨无人机零长发射仿真需求,建立了完善的发射仿真数学模型。助推火箭安装角关系到无人机发射安全,是无人机推力线吊挂工作中最重要的调整参数。结合某型无人机,实例仿真了助推火箭推力线纵向、侧向偏离重心等各种工况的发射过程,确定了火箭安装角偏移量安全边界,可作为实际推力线吊挂工作的依据。

多架无人机协同攻击目标的研究

根据战场中敌方阵地的威胁分布情况,采用分层的思想来协同多架无人机的航路。在产生 Voronoi 图的基础上,利用相切圆算法来规划出满足无人机的动态约束条件的最快航路,同时采用航路补偿的方法来使无人机同时到达目标从而增加任务的突然性和有效性。仿真的结果表明了算法的可行性。

基于GPS/DR的无人机导航定位方案研究

为提高无人机 GPS 绝对定位时的精度。文中提出了波。该方案具有对硬件要求低、良好的费效比等特点,仿真证明该方案定位精度高而且有效地解决了无人机机动时的适时定位问题。

基于GPS/航路推算的无人机导航与控制研究

给出了一种小型隐身性无人机的平面导航与控制方案。基于GPS/航路推算组合导航方法,文中利用Matlab的SimuLink工具箱建立了无人机六自由度模型,设计了相应的水平控制与导航方案,给出了一种风场估计方法以及风场下的航迹修正方案,并针对某具有隐身功能的无人机进行了导航控制律设计,最终的仿真结果验证了该组合导航方法以及相应制导律的可靠性和实用性。

基于飞行安全的无人机控制技术发展趋势研究

从无人机飞行安全的角度出发,研究分析了目前国内外无人机控制技术的发展现状,提出了基于飞行安全的无人机控制技术的发展需求,采用自主控制和人工决策相结合的控制技术,提高无人机飞行操纵过程中的自主控制能力,降低人为操纵的干预程度,从而有效提高无人机系统的安全性。

飞翼无人机结构布局分级优化研究

针对传统结构设计中依据经验对机翼构件布局设计容易导致结构刚度偏大、重量偏大的问题,采用分离设计变量的方法,分别对机翼构件的尺寸和位置变量,采用改进的可行性方向法和Hook-Jeeves方法进行优化,将尺寸非线性优化嵌入到无约束位置优化中,以结构的刚度、位移、扭转和强度为约束条件,对布局进行调整。采用多学科框架软件对整个优化过程进行集成,将机翼结构重量作为目标函数,分级对位置和尺寸优化,充分考虑耦合位置和尺寸变量间的相互影响关系,循环迭代,直至得到结构重量的最优值。采用方法对某型飞翼无人机的机翼结构进行优化,结果合理,具有一定的工程应用价值。

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.

无人机编队机动飞行时的队形保持反馈控制

为提高编队大机动时的队形保持能力,采用虚拟结构编队方法,基于李雅普诺夫直接法设计独立的非线性队形保持控制器,并在此基础上采用非线性模型预测控制方法设计含队形反馈的编队轨迹跟踪器。通过在代价函数中引入队形误差代价来实现队形反馈控制策略,并采用动态参数实现编队队形保持和沿参考轨迹飞行之间的自适应切换,各无人机通过滚动求解有限时域优化问题得到虚拟结构的控制指令。仿真结果表明,相较于无队形反馈的情况,所设计的含队形反馈轨迹跟踪器能够显著地降低编队大机动时的队形保持误差。

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。

考虑几何非线性效应的大柔性太阳能无人机静气动弹性分析

大柔性太阳能无人机在气动力的作用下产生较大的弯曲变形,引起气动载荷的重新分布及作用方向的改变,线性理论难以获得足够的精度。基于共旋转有限元理论,推导了几何非线性空间梁单元的切线刚度矩阵和内力求解格式,几何精确的描述了无人机机翼结构的几何非线性弹性变形;编写了空间共旋坐标有限元求解代码,利用计算流体力学软件FLUENT计算气动力,构造了流固耦合求解器;研究了类"太阳神"布局太阳能无人机几何大变形下的静气动弹性响应问题。研究结果表明:无人机受载变形后导致升阻比降低,翼尖弯曲变形为展长的13%时,升阻比降低4.2%,滚转力矩导数增加了300%,偏航力矩导数增加了350%;几何非线性效应改善了气动载荷在展向的分布,有利于机翼结构设计。研究工作对大柔性太阳能无人机的设计具有一定的参考意义。