鸭式旋翼/机翼飞机悬停状态飞行动力学特性

针对鸭式旋翼/机翼(Canard Rotor/Wing,CRW)飞机独特的气动布局,常规的分析方法及经验公式很难准确地对CRW飞机进行飞行动力学研究,通过飞行辨识对CRW飞机悬停状态特性进行了研究。首先,设计了飞行试验并获得了高质量的飞行数据,基于频率响应对CRW飞机的状态空间模型进行了简化。然后,在频域内对飞机的动力学参数进行了拟合优化,获得了CRW飞机悬停状态的动力学模型,并用飞行数据对所建模型进行了验证。最后,用辨识所得参数与常规直升机悬停状态时的参数进行了对比。结果显示悬停时CRW飞机的操纵导数和阻尼导数均比常规直升机小,经分析,操纵导数的减小主要是CRW飞机独特的旋翼设计所致,阻尼导数减小的原因主要是旋翼气动影响以及鸭翼、平尾、垂尾的结构影响。动力学特性分析结果为CRW飞机旋翼模式总体设计的进一步优化提供了指引和参考,所建立的模型可用于控制系统设计。     

旋转机翼飞机旋翼/机身干扰流场数值计算分析

基于动量源方法,建立了旋转机翼飞机的旋翼/机身组合流场的数值模拟方法.首先通过Caradonna-Tung旋翼算例计算,验证了本方法的有效性;然后采用该方法对某旋转机翼飞机的悬停及低速前飞状态下的旋翼/机身干扰流场特性进行了详细的计算与分析.结果表明,该方法能够用于计算旋翼与机身的干扰流场,为旋转机翼飞机的设计提供了参考.     

倾转螺旋桨飞行器桨叶的气动设计研究

针对小型倾转螺旋桨独特的工作特性,在研究国外有关倾转旋翼桨叶设计现状的基础上,本文运用了遗传算法对桨叶的参数进行了寻优设计分析,以满足不同飞行状态的性能要求。设计结果表明,由本文提出的方法设计的螺旋桨与普通螺旋桨相比,在不损失巡航推进效率的同时,可显著增加悬停效率,提高飞机的悬停性能。     

短距起飞/垂直降落发动机建模技术研究

参考常规双轴涡扇发动机数学模型,建立了适用于短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机的变循环发动机部件级数学模型;通过特性外推,建立了轴驱动升力风扇数学模型;采用神经网络映射涵道总压损失的方法,建立了滚转喷管和外涵模型.根据STOVL发动机结构和部件变化特点,建立了稳态和动态共同工作方程.参照国外文献仿真数据进行设计点计算,并按照Bevilaqua提出方法开展了由常规涡轮风扇模式到悬停涡轮轴模式的过渡态仿真.仿真结果表明:建立的数学模型在悬停状态设计点和高空巡航点与国外文献数据相比误差均小于1.5%,推力达到悬停状态要求,符合STOVL发动机的设计特点,验证了该建模方法的有效性.      

简讯

A340环球飞行列入吉尼斯世界记录1993年6月17～18日,空中客车工业公司的A340-200在环球飞行中,从新西兰的奥克兰起飞,历时21小时48分飞行了18545公里抵达法国巴黎,创造了民用客机不着陆飞行最长的世界记录。NASA研制V/STOL飞机的数字式飞行控制系统NASA艾姆斯研究中心正采用一架修改的AV-8B研究机试飞有助于V/STOL(垂直短距起落)飞机在恶劣气象条件下舰上着陆的数字式飞控系统。这种电传系统试图减轻驾驶员在夜间和恶劣气象条件下的工作负荷,并在飞机速度慢到其气动力不能稳定飞机时对飞机提供稳定。它包含平视显示器和仪表板安装的显示器,为驾驶员控制飞机提供所需的信息。飞机可以通过自动改变推力角来改进悬停期间的控制。这项研究可为航空公司设计新型STOVL(短距起飞和垂直着陆)战斗机的飞控系统提供指导,减轻研制风险。     

航空制造业

波音鸭式旋翼/机翼飞机开始试飞BoeingCRWMadeTrialFlight2003年12月9日,波音公司研制的鸭式旋翼/机翼(CanardRotor/Wing,CRW)概念验证机在位于美国亚利桑那州尤马的美国陆军试验场完成了其首次悬停飞行。在试飞中,CRW先进技术验证机(被称为X-50A蜻蜓)于美国当地时间飞行了大约80秒钟。它从发射场垂直起飞,到达地面上空12英尺的高度后悬停,然后垂直着陆,这标志着试飞项目的启动。CRW将固定翼飞机的速度和航程与旋翼飞机的灵活性结合起来,是一款创新性的飞机。按照设计,CRW的旋翼不仅能在飞机垂直起落时旋转,而且还能在飞机飞行时…     

新机纵横

X-35B验证机进行推进系统试验　　近日,洛克希德·马丁JSF短距起飞/垂直着陆(STOVL)型验证机X-35B正在一种特殊设计的"悬停坑"内试验其推进系统,这是该机STOVL试飞计划的第一步。试验过程中,飞机安装在地面的一个金属格栅上,下面是一矩形的悬停坑,内有特殊的管道将推进系统排出的空气和发动机废气抽出。富有"鹞"式飞机驾驶经验的BAE系统公司的试飞员,在X-35B的驾驶舱内操纵推进系统,对将在实际飞行时遇到的每项操作进行试验。将由传感器确定飞机的飞控系统是否产生出恰当的控制力,并对垂直推力和控制力进行仔细的测量。与…     

新型复合式无人直升机悬停/着陆控制

旋翼-涵道复合式无人直升机是一种具有特殊机体结构的新型无人直升机,悬停和着陆控制是该类无人直升机飞行控制设计的一大难点。依据复合式无人直升机运动机理建立了非线性动力学模型,在悬停配平状态下进行小扰动线化和降阶处理,给出了用于控制律设计和仿真的线性模型。运用期望隐模型和特征结构配置方法设计了姿态角速度与垂向速度控制内回路,内回路输出角速度积分得到的姿态角反馈和线速度反馈构成纵横向线速度控制外回路。悬停/着陆仿真验证了内回路能实现良好的角速度指令跟踪解耦控制,外回路能实现良好的悬停位置保持和着陆轨迹跟踪控制。     

某型直升机进气舱流场数值仿真

针对某型直升机在悬停状态下发动机所出现的喘振问题, 提出了进气舱的7种结构改进方案, 用数值方法研究了在进气舱内增设圆弧形导流板和下移进气口下唇缘时进气舱/进气道的流场分布.仿真区域离散采用了非结构化网格和网格自适应技术.结果表明, 各方案进气舱/进气道在悬停状态下均存在不同程度的气流分离;在舱内侧增设导流板和改变进气口下唇缘尺寸可以改善气流品质.试飞试验表明, 增设导流板并下移进气口下唇缘可以防止发动机在悬停状态下发生喘振, 保证发动机性能.      

飞机设计更改执行流程管理系统的设计与实现

针对飞机设计更改频繁、更改执行流程缺乏信息化管理、更改执行状态难以控制等问题,在分析某航空单位业务需求的基础上,提出了一种基于.NET平台的飞机设计更改执行流程管理系统框架,采用VS 2010编程环境开发了基于B/S架构的设计更改管理系统。系统规范了飞机设计更改执行流程,实现了设计更改执行流程的闭环控制,提升了飞机交付时技术状态清理的效率。     

频域加权最优隐模型跟踪法及其在飞控系统设计中的应用

 把频率加权二次型法与隐模型跟踪理论综合起来,在系统设计时,考虑系统的稳定性、动态特性和鲁棒性要求,以期达到满意的综合指标。利用所述方法,设计了飞控系统的控制律。通过数字仿真及实时混合仿真表明,与通常最优二次型方法所设计的控制律比较,用本文所述方法设计的控制律,不仅有满意的稳定性和动态特性,而且还改善了鲁棒性。     

舰载机着舰时航迹稳定性研究

本文讨论了舰载飞机以小于有利速度着舰时的航迹稳定性问题。在分析飞机航迹稳定性的同时,还对油门杆控制、机动襟翼控制对改善航迹稳定性的作用进行了初步探讨;在此基础上还讨论了舰载飞机加装波束导引系统对着舰过程的影响原理。结果表明:采用油门杆控制、机动襟翼控制来改善着舰阶段的航迹稳定性是可行的:而且用以上两控制系统作为内环的自动驾驶仪在波束导引系统自动导引飞机着舰过程中,能控制飞机的飞行速度、高度,帮助驾驶员操纵。     

倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验

倾转旋翼飞行器在近地悬停或低速前飞时有明显的地面效应,对飞行器的气动载荷有强烈影响。针对倾转三旋翼(TTR)飞行器的地面效应问题,采用0.5 的缩比模型,在低速回流式开口风洞中设计了可移动地面平台,模拟TTR飞行器悬停和低速前飞时的离地高度,利用杆式天平测量机体所受载荷大小并使用粒子图像测速(PIV)技术捕捉机体下方的动态流场。试验结果表明:当TTR飞行器悬停离地高度在1.25倍旋翼直径以下时,地面效应影响显著,机体受到的最大上载荷约为旋翼总推力的4%,并观测到明显的涡旋喷泉流现象;在低速前飞状态,受旋翼尾流和前向来流影响,相对于悬停状态机体所受上载荷明显减小,喷泉流中心后移。试验结果对TTR无人飞行器动力系统选择,控制増稳系统设计以及借助地面效应优势提高承载能力具有一定参考价值。     

鸭式旋翼/机翼无人机飞行动力学建模与分析

针对鸭式旋翼/机翼无人机兼有直升机和固定翼机飞行特性的特点,对其飞行动力学模型进行了理论建模与分析研究。应用动量理论建立了旋翼/机翼尾迹模型,分析了旋翼/机翼尾迹对鸭翼、平尾等气动部件的干扰特性,建立了直升机和转换飞行模式受旋翼/机翼尾迹干扰影响的动力学模型以及固定翼飞行模式的动力学模型。提出了各飞行模式的配平策略,使用Matlab工具箱函数简化了平衡特性计算和模型线性化过程,并进行了不同飞行模式、典型飞行状态的纵向运动稳定性分析。结果表明所建立的模型能够反映该类鸭式旋翼/机翼无人机各飞行模式的典型特性,并可用于飞行控制系统设计。     

控制增稳系统与机械操纵系统的相容性分析

本文通过分析控制增稳系统前馈环节对飞机操纵特性的影响,讨论控制增稳系统(CAS)与机械操纵系统(MCS)的相容性问题.最后从飞行力学的角度上,提出系统设计时应注意的几个问题.     

倾转旋翼机悬停建模与实验

以自行设计的倾转旋翼机为研究对象,建立悬停模式下纵向动力学模型。通过悬停实验,对倾转旋翼机的分系统——舵机模型、旋翼气动力模型和悬停纵向模型进行了仿真验证。结果表明,模型能反映倾转旋翼机悬停模式的基本特性,可为飞行控制系统设计提供依据。     

Active Control Law Design for Flutter/LCO Suppression Based on Reduced Order Model Method

 Active stability augmentation system is an attractive and promising technology to suppress flutter and limit cycle oscillation (LCO). In order to design a good active control law, the control plant model with low order and high accuracy must be pro-vided, which is one of the most important key points. The traditional model is based on low fidelity aerodynamics model such as panel method, which is unsuitable for transonic flight regime. The physics-based high fidelity tools, reduced order model (ROM) and CFD/CSD coupled aeroservoelastic solver are used to design the active control law. The Volterra/ROM is applied to constructing the low order state space model for the nonlinear unsteady aerodynamics and static output feedback method is used to active control law design. The detail of the new method is demonstrated by the Goland+ wing/store system. The simu-lation results show that the effectiveness of the designed active augmentation system, which can suppress the flutter and LCO successfully.     

空对空导弹攻击在综合火力／飞行控制中的设计、仿真

研究空－空导弹攻击在综合火力／飞行控制（ＩＦＦＣ）系统中的设计与仿真问题,给出了ＩＦＦＣ系统的结构、组成及仿真信息流图。探讨了中程导弹拦射攻击的火力控制算法,并且详细地讨论了火力／飞行耦合器的设计方法及组成。最后,采用五自由度非线性飞机方程及三轴ＡＣＴ控制增稳系统,进行了整个火力／飞行系统的数字仿真。在仿真的基础上,设计了一些典型作战条件下的火力／飞行耦合控制器的参数。仿真结果表明：综合火力／飞行控制系统可以实现导弹攻击的自动化,同时也说明本文设计的火力／飞行耦合器具有很强的鲁棒性能