多旋翼无人飞行器必要建模因素

近年来多旋翼无人飞行器(UAV)成为了小型无人飞行器发展的热门领域,而学界对于多旋翼飞行器飞行力学建模与飞行力学特性分析的研究还相对较少。针对相关研究需求,基于传统旋翼模型,建立了适用于多旋翼无人飞行器的飞行力学模型,并利用此模型对多旋翼无人飞行器悬停模态特性进行了初步分析,结果显示多旋翼飞行器模态稳定性明显弱于传统直升机,且横向Phugoid模态取代了荷兰滚模态。随后利用弱耦合系统理论与纵向模态简化模型,对多旋翼建模过程中的旋翼旋转自由度(DOF)动态特性、入流模型和旋翼气动力矩的建模必要性进行了研究。分析表明,旋翼旋转自由度的动态特性在飞控增稳条件下对全机特性有着重要影响,入流分布对刚性旋翼的俯仰、滚转气动力矩有着决定性作用,而旋翼气动力矩是决定多旋翼悬停模态的重要因素,这三者在多旋翼建模分析中不能忽略。     

俯仰操纵方式对自转旋翼机操稳特性的影响

为了研究不同的俯仰操纵方式对于旋翼机飞行动力学特性的影响,首先基于解析形式叶素法给出自转旋翼的建模方法,并建立了对象无人旋翼机的数学模型;然后分析了2种操纵方式在配平、稳定性及操纵性等方面的差异。研究表明,2种操纵方式各有优缺点:旋翼操纵方式的配平俯仰姿态变化更小且长周期稳定性更好,但螺旋模态不稳定;升降舵操纵方式的螺旋稳定性更好,且俯仰可达力矩较大,但高速配平迎角为负且存在速度静不稳定的问题。针对2种操纵方式,分别设计集成了2架样例无人旋翼机并进行了飞行试验。基于试验数据分析了无人旋翼机飞行过程中自转旋翼的转速变化特性;分别对2架无人旋翼机进行了姿态控制律设计与试验,较好地实现了姿态跟踪控制,并基于试飞数据验证了无人旋翼机数学模型。      

极地科考小型无人飞行器

针对小型无人飞行器在极地科考中的抗风扰动问题,通过神经网络改进卡尔曼滤波算法,提高小型无人飞行器对环境的适应性.基于小型无人飞行器自身状态信息与误差信息,在线调整系统的量测噪声和估计参数,提高信息融合精度;利用矢量域方法构建轨迹跟踪控制算法,基于目标航迹在线调整航向,提高小型无人飞行器在顺风、逆风、转弯的飞行品质和压航线精度.经过大量的仿真试验、实际飞行试验验证了方法的有效性,改进的卡尔曼滤波算法可以提供长时高精度信息,小型无人飞行器可以在野外6级风源扰动的情况下,实现稳定飞行,平均误差不超过10m.小型无人飞行器在南极实地科考中得到成功应用.     

倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊分析方法

针对倾转四旋翼（QTR）飞行器过渡飞行中的变速、变体特点,提出了一种确定倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊的方法,该方法从飞行力学角度用机翼升力特性限制低速和高速边界,以单旋翼可用功率限制高速边界。所提方法确定了无周期变距的倾转四旋翼飞行器样机倾转过渡走廊,并分析了其在倾转过渡飞行中不同机体迎角下各气动部件的气动力以及前后旋翼需用功率随飞行速度的变化规律。结果表明:倾转四旋翼飞行器在小机体迎角下倾转优于在大机体迎角下倾转;各气动部件提供的垂向力占比会随着机体迎角的改变而变化;机翼升力特性高速边界和单旋翼功率限制边界共同组成了倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊的高速边界;单旋翼可用功率限制边界比总可用功率限制边界更严格。      

基于双向电机驱动的四旋翼机动飞行控制

四旋翼飞行器（QUAV）的位置、姿态运动控制效果决定了其机动性。为了克服四旋翼系统欠驱动的缺陷,基于四元数表达对一种双向电机驱动的四旋翼进行了动力学建模,包括双向推力作用情况下的全向运动过程分析,并提出了一种姿态与位置控制器及控制分配矩阵设计方法。面向四旋翼的x-z平面模型,设定合理的参数和限制,使用最优规划方法提出了适用于新型四旋翼翻转、竖直等机动飞行轨迹的生成方法,其中推力与转矩都是实现时间最短的最优方案。搭建了包括电子调速器、电机、桨叶、机架等部件在内的详细的仿真试验环境。仿真试验的结果验证了双向电机驱动的四旋翼相比于传统四旋翼,能有效提高姿态跟踪与位置跟踪的精度,提升了飞行器的机动性。      

高动态无人飞行器轨迹规划与控制技术

针对高动态无人飞行器的飞行环境中,气动力、气动热条件苛刻,飞行参数和结构变化剧烈的特点,研究了多约束条件下的轨迹规划与设计方法.提出了以无人飞行器倾侧角为主控制量,将轨迹规划问题转化为最优控制问题,采用极大值原理和改进的邻近极值法,求解无人飞行器总吸热量最小的最优控制,并使得最优控制满足所有飞行边界约束和终端约束.最后,以某型高动态无人飞行器为对象,仿真证明了方法的有效性.     

基于航迹片段树的快速四维航迹规划方法

为消除起飞时间误差以及飞行过程中各种干扰对无人飞行器到达指定地点时间的影响,提出了一种基于航迹片段树的快速四维航迹规划方法.结合现代无人飞行器特点,利用改进的稀疏A*算法,生成遍布规划空间的航迹片段树,根据指定目标位置直接从航迹片段树中寻求最优叶节点,通过回溯及速度优化设置,快速获得能消除各种时间误差的飞行航迹.试验结果表明,本算法能快速完成四维航迹规划,满足飞行器按指定时间达到指定地点的要求.     

基于飞行角度优化的蚁群改进算法

针对无人飞行器路径规划问题,实现了排序蚁群算法,并在此基础上,引入了针对无人飞行器飞行特征的飞行角度优化策略,并建立了转移概率的更新原则。模拟飞行环境建立栅格化地图,进行仿真验证,输出无人飞行器的最优路径,验证最优解的质量和算法的收敛速度,结果表明,该方法能有效消除飞行过程中的尖角和折返现象,更加符合无人飞行器的飞行特征。与传统的方法相比,算法的收敛速度和最优解的质量均得到了提升。     

X-37B在轨飞行超一年

3月5日，执行神秘任务的美国空军X-37B无人航天飞机悄然地在地球轨道上度过了入轨一周年纪念日。据了解，第三次X-37B飞行任务有可能在今年晚些时候发射。目前在轨飞行的是由波音公司鬼怪工程部为空军建造的第二架X-37B，称为“轨道试验飞行器”（OTV）2，任务由空军快速能力办公室管理。它是2011年3月5日由宇宙神5运载火箭从卡纳维拉尔角空军站发射的。     

基于终端滑模控制的四旋翼无人机编队控制

本文以四旋翼无人机为研究对象,基于终端滑模控制技术,实现了四旋翼无人机系统的编队飞行控制。在构建四旋翼无人机数学模型的基础上,为每架四旋翼无人机设计了广义误差状态,基于广义误差状态提出编队控制目标。为实现编队控制目标,设计了基于终端滑模控制的编队控制器,最终所有四旋翼无人机的广义误差状态收敛到零时即实现期望的编队队形,进一步结合有限时间稳定性理论给出了上述编队控制器有限时间稳定性证明。最后用一个仿真实例验证了所提出算法的有效性,并将本文提出的控制器与基于线性滑模控制的控制器进行对比,实验证明所提出的控制算法具有更好的编队控制效果。     

失职的陆军总部2006年台湾军事预算的窘境

台湾“立法院国防委员会”已于日前完成2006年“国防”预算的初审。在该预算中，暂且不谈潜艇，反潜机和“爱国者”3型导弹的部分，就偏到不实的项目就多达19项，破了历年台湾“国防”预算编列的记录，以下谨就违失情节严重者，如“云豹”装甲车（迅驰专案），无人飞行载具（锐鸢项目）和陆军步枪保养附油筹补等项目分述如下。[编者按]     

时空约束条件下多旋翼机动轨迹优化方法

多旋翼飞行器常应用于震后搜救、地质勘探等复杂多变的场景中，考虑到其续航能力及环境特点，优化多旋翼的飞行轨迹以更好更快地完成任务已成为关键问题之一。为此，设定多旋翼穿越室内斜缝的任务场景，提出了一种基于抛物原理和庞特里亚金极小值原理的多约束条件下轨迹优化方法。模仿将东西抛过窄窗的过程，从分析斜缝角度出发，设计一条抛物线轨迹，引导飞行器借助惯性越过斜缝，对于抛掷飞机所需的初始状态，利用庞特里亚金极小值原理设计状态转换轨迹实现。在MATLAB中搭建3D模型验证穿越效果，试验显示，多旋翼最大能穿越竖直方向63°倾斜或水平方向32°倾斜的斜缝。      

四轴飞行器姿态监控系统设计

设计了一套四轴飞行器上位机监控系统。针对准确掌握四轴飞行器的实时姿态、位置等信息和对四轴飞行器进行精准控制两大核心问题,开发了由上位机实现四轴飞行器姿态数据采集、通信及控制等功能的监控系统。监控系统良好的功能设计和友好的人机界面使得用户能够准确掌握飞行器的飞行信息,从而能够更精准地控制四轴飞行器飞行姿态。实验验证,监控系统简单实用,性能稳定,精度高,使整个飞行系统抗干扰能力强,鲁棒性、稳定性好。     

X-50A无人机重开飞行试验

波音公司的第2架X-50A“蜻蜓”（Dragonfly）鸭式旋翼/机翼（CRW）无人机已在美国陆军位于亚利桑那州的尤乌靶场重新开始飞行试验。     

太空新航线

X-37B在轨飞行超一年3月5日,执行神秘任务的美国空军X-37B无人航天飞机悄然地在地球轨道上度过了入轨一周年纪念日。据了解,第三次X-37B飞行任务有可能在今年晚些时候发射。目前在轨飞行的是由波音公司鬼怪工程部为空军建造的第二架X-37B,称为"轨道试验飞行器"(OTV)2,任务由空     

航天简讯

美国航宇局公布“乘员探索飞行器”需求□□据2005年3月10日报道,经过数月的审慎考虑,美国航宇局(NASA)公布了新型载人飞船——“乘员探索飞行器”(CEV)的需求。CEV是美国总统布什计划送人类重返月球和登陆火星设想的核心内容,将替代老化、易出事故的航天飞机。CEV将在2008年进行无人试验飞行,首次载人飞行定于2014年,即现有3架航天飞机退役4年之后。CEV在2014年运送4～6名航天员进入地球轨道,在2020年送1名航天员登陆月球,然后建立月球基地,人类能在这个基地上生活数月。NASA希望波音、洛马和诺格等公司在2005年春季提交CEV提案;…     

基于ADRC姿态解耦的四旋翼飞行器鲁棒轨迹跟踪

针对欠驱动四旋翼飞行器的控制特性,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的姿态解耦控制算法,该算法可以克服传统欠驱动四旋翼控制方法中存在的问题,如系统状态间耦合严重,抗干扰能力弱及系统建模误差对跟踪性能影响较大等弱点.该算法利用扩张状态观测器(ESO)实现状态间耦合项的跟踪和估计,同时ESO也可实现对系统干扰的估计,干扰包括系统内扰和外扰.利用动态反馈线性化将非线性MIMO系统转化成线性SISO系统,然后利用非线性反馈控制律实现四旋翼姿态系统的高品质控制,在上述姿态解耦控制的基础上研究飞行器的鲁棒轨迹跟踪问题,不同情况下的仿真结果验证了上述姿态控制算法可提高系统轨迹跟踪的鲁棒性.该算法不依赖于精确的系统模型,降低了实际应用的难度,并有很强的抗干扰能力,具有实际应用的价值.      

美国完成了远程反舰导弹的系留飞行试验

最近,洛马公司在加利福尼亚州的穆古角海上试验场完成了远程反舰导弹(LRASM)的一系列系留飞行试验,为今年晚些时候进行该导弹的投放和自由飞行试验铺平了道路。这些试验使用的平台是来自美国空军第337试验与鉴定中队的一架B-1B轰炸机,导弹被挂在该机的内埋弹舱中。试验目标是搜集遥测数据用于飞行之后的分析,验证合适的控制室遥测显示,以及模拟此后的空中发射试验中将要发生的全部测试活动。试验结果满足了所有的预期目标。     

某RLV飞行器投放轨迹的设计与分析

对于可重复使用发射式飞行器RLV(Reusable Launch Vehicles)设计投放轨迹,并作轨迹特性分析.根据投放几何和飞行器性能约束确定目标轨迹,将轨迹分为四个阶段,分别为:消耗多余能量的S型转弯段;改变飞行器航向并转向航向校正圆柱HAC (Heading Alignment Cylinder)的过渡飞行段;航向校正圆柱段;进一步调整能量以满足终端要求的着陆前飞行段.在各段衔接处设置窗口检查,在轨迹仿真过程中对轨迹进行进一步调整,得到投放轨迹.作为导航和控制的参考轨迹,还对飞行器进行了沿轨迹的操稳性分析和检查.结果表明所建立的轨迹设计方法能够提供满意的精度;轨迹对常值扰动敏感,对高频扰动不敏感.