升力风扇无人机垂直起飞控制系统设计与仿真

针对升力风扇无人机升力产生原理异于常规飞机的特殊性,对无人机进行了受力情况分析,建立了垂直起飞阶段全量飞行力学数学模型,并详细给出了纵向和横航向的控制方案。采用传统控制律设计方法对升力风扇无人机垂直起飞过程的高度、纵向及横航向控制回路进行了设计,并搭建控制仿真平台进行了仿真验证,通过仿真结果分析了该类型飞机的运动特性,验证了控制系统的正确性和可行性。     

基于ANSYS参数化语言的升力风扇无人机结构优化设计

现代无人机的使用特点对结构重量提出了更高的要求。为了降低无人机的结构重量,针对升力风扇无人机特殊的结构特点及飞行工况,主要考虑无人机各元件的几何尺寸优化,利用ANSYS参数化编程语言APDL,建立升力风扇无人机优化设计的参数化分析程序,实现某升力风扇无人机的参数化建模、载荷加载、求解等分析过程,并对优化结果进行详细分析。结果表明:基于ANSYS参数化编程语言的升力风扇无人机结构优化设计方法是合理的、有效的。     

升力风扇垂直起降无人机死重分析

针对升力风扇垂直起降无人机为了实现垂直起降功能而产生附加的结构重量,以及为加大功率而附加的动力系统重量问题,从总体设计的角度出发,建立了附加重量数学模型,并针对各种设计影响因素进行了分析.研究结果可为升力风扇垂直起降无人机的总体参数设计提供参考.     

垂直起降飞机设计中升力风扇估算模型分析

参考涵道风扇动量理论模型,建立了针对垂直起降飞机总体设计中关于升力风扇的估算模型,并通过具体算例对其进行验证。对该估算模型进行理论分析,确定了升力风扇概念垂直起降飞机总体设计中关于升力风扇系统需要注意的问题。     

带扰流片的升力风扇操纵特性数据采集系统设计

以带扰流片的升力风扇为动力系统的无人机,在动力学建模和控制方式上与传统升力风扇无人机有很大不同,升力风扇的操纵特性是这类升力风扇无人机动力学建模的关键,而目前国内尚未检索到对此进行研究或实验的报告或文献。因此,为了研究带扰流片的升力风扇动力系统的动态操纵特性,利用LabVIEW设计并制作一套动态数据试验采集系统,设计试验输入,完成带扰流片的升力风扇操纵特性动态数据采集,所获得数据及后续建模过程表明本试验采集系统是正确、有效的。     

航空发动机升力风扇驱动系统设计与仿真研究

针对某航空发动机升力风扇驱动系统高精度要求、快速响应等难点,提出一种升力风扇驱动系统详细设计方案。分析了升力风扇驱动系统的组成与工作原理,在Matlab/Simulink平台建立航空发动机升力风扇驱动系统仿真模型,并详细分析了驱动系统的动态特性与稳态性能,最后进行了系统的故障分析与改进措施。仿真结果表明,系统动态响应的带宽频率约为6.7Hz,全行程运动时间约为0.45s,响应快速准确,设计方案原理可行,对国内升力作动系统的工程实用具有一定的参考价值。     

带升力风扇的垂直起降推进系统建模研究

为了填补国内对转升力风扇研究与垂直起降系统建模研究相结合的空缺,分别针对常规与对转升力风扇,建立了垂直起降推进系统的部件级实时数学模型,并进行了性能对比。针对减阻的要求,通过插值将升力风扇进气道的阻力系数选为0.0470;针对升力风扇非设计点特性准确性的要求,采用基元级理论对风扇进行半设计半计算;特别引入中介推力修正系数(κ)用于对转风扇的参数设计,该方法下两升力风扇推力相等,轴功率偏差为0.0265。进一步的动态仿真表明,由于风扇特性的影响,同样工况下非设计点处对转风扇的升力和轴功率更大;并且由于升力风扇与发动机的耦合性,针对不同升力风扇的差异性,发动机会通过调整转速而产生"趋同"的作用效果。     

带升力风扇飞翼布局无人机过渡飞行气动特性研究

带升力风扇飞翼布局无人机除了具备飞翼机的优点外,还兼具短距/垂直起降功能,研究其过渡飞行阶段的气动特性是建立其飞行动力学模型的基础。对带升力风扇飞翼布局无人机的过渡飞行阶段进行气动仿真,分析升力、阻力和力矩随速度和迎角变化的特性,并在某定常流下对该布局飞机的流动机理进行研究,针对气流分离提出控制方法。结果表明:来流速度增大时,升力值持续增大,阻力增加,低头力矩增大;在相同来流速度下,迎角增大,升力随之增加且外段翼是其升力的主要来源,阻力先减小后增大,较常规平飞状态下有较大的抬头力矩;控制气流分离的两种改进方法是有效可行的。     

低动压着舰状态下飞机的操纵特性研究

低动压着舰状态下飞机的操纵特性下降,导致轨迹角不能跟踪姿态角的变化,从而对着舰安全造成严重影响。首先通过剖析历史上已有的观点,提出研究低动压状态飞机轨迹角响应问题时应全面考虑速度稳定性、轨迹稳定性和机动性。其次对两种动力补偿系统进行了分析,其中速度恒定动力补偿实际上对应速度稳定性和轨迹稳定性,而迎角恒定动力补偿兼具速度稳定性、轨迹稳定性和机动性增强。最后的仿真证实,考虑速度稳定性、轨迹稳定性和机动性的迎角恒定动力补偿是全面的、可行的。     

基于扭矩平衡的涵道风扇垂直起降无人机新概念设计

针对应用于短距／垂直起降飞机的涵道风扇升力系统进行了特性分析与应用研究,对涵道螺旋桨常规的动量一叶素理论计算模型进行了修正处理,建立了适用于总体设计阶段特性估算的计算模型。应用CFD技术对单独螺旋桨和涵道螺旋桨进行了不同流动状态下的特性计算,总结了其变化规律,并基于CFD滑流区诱导速度计算结果对前面建立的理论计算模型进行了二次修正。最后提出了一种基于扭矩平衡的涵道风扇垂直起降无人机新概念,在总体设计层面进行了参数分析与优化。     

舰船运动对某无人机发射安全的影响研究

探讨了舰面运动(舰面纵摇、横摇和垂荡运动)对舰载无人机火箭助推发射安全的影响。数值分析表明,舰面纵摇可能导致飞机起飞后撞上甲板,是舰面运动中最危险的因素。舰面横摇对飞机离舰后最大下沉量的影响相比纵摇为小,若无人机在甲板上布置的位置适当,则可以实现安全发射。     

多旋翼无人机弹药发射过程扰动响应特性

针对多旋翼无人机弹药发射过程的扰动响应问题,建立了弹药发射过程无人机飞行动力学模型。在考虑了基本增稳增控飞行控制的条件下,分析了弹药安装位置、质量、反冲量大小和倾斜发射角等参数对发射过程无人机位置、高度和姿态扰动响应的影响规律。分析表明:对于弹药水平发射,纵向安装位置对无人机水平位置扰动幅值具有重要影响,适当后置弹药安装位置可减小无人机位置扰动幅值,在其他参数一定的条件下,存在无人机位置扰动最小的弹药纵向安装位置。对于弹药倾斜发射,给出了无人机水平位置扰动幅值关于弹药安装位置和倾斜发射角的等值图,可为无人机和弹药的匹配选型问题提供参考。      

耦合运动非定常气动模型对飞机飞行特性仿真的影响

 在大振幅偏航滚转单自由度强迫振荡和耦合强迫振荡运动风洞试验的基础上,分别运用准定常气动力建模方法和非定常气动力建模方法,获取飞机的气动力模型;运用两种不同的气动力模型,对飞机的纵向正弦振荡机动飞行进行了仿真。结果表明,准定常模型在小迎角下的仿真结果与非定常模型的结果基本一致;在较大迎角时,准定常模型仿真结果趋于稳定,而非定常模型仿真结果使飞机进入横航向振荡飞行状态,这一现象与F-16XL的试飞结果类似,其主要原因是耦合运动的非定常模型与准定常模型所产生的阻尼特性不一致。这也表明,分析大迎角飞行特性时应考虑耦合运动下的非定常气动特性。     

共轴双桨涵道无人飞行器非定常气动特性

基于滑移网格技术和SST(shear stress transport) k -ω湍流模型,建立了模拟共轴双桨涵道无人飞行器(UAV)流场的CFD(计算流体动力学)数值方法,并通过计算风洞实验算例验证其有效性。数值模拟了共轴双桨涵道UAV在飞行过程中的动态流场,分析了涵道、飞行速度、螺旋桨转速、攻角等因素对其非定常气动特性的影响规律。计算结果表明:所建立的CFD数值计算方法适于模拟共轴双桨涵道UAV动态流场;涵道的存在显著削弱涵道螺旋桨的桨尖涡、后缘脱体涡和尾流收缩,具有较弱的桨-涡干扰和涡-涡干扰现象,明显减小共轴双桨涵道UAV的需用功率;随前飞速度增大,共轴双桨涵道UAV的升力和阻力同时增大;随螺旋桨转速增大,共轴双桨涵道UAV升力增大,而阻力减小;随攻角增大,共轴双桨涵道UAV的阻力增大,而升力先增大后减小。      

某高速着陆无人机方向舵纠偏控制设计及性能分析

无人机高速着陆过程中,由于侧风或初始干扰导致的滑跑侧偏极其危险。基于高速状态下方向舵纠偏效率高的特点,建立某无人机高速着陆动力学模型,设计方向舵纠偏控制策略,并基于Matlab/Simulink平台建立无人机滑跑非线性动力学模型及方向舵纠偏控制模型;对具有初始1°偏航角和1m/s持续垂直侧风情况下的无人机着陆工况进行仿真分析,并通过控制着陆速度、着陆初始姿态角和侧风强度,分析纠偏控制系统的性能。结果表明:所设计的纠偏控制系统具有一定的航向纠偏和抗持续侧风能力,最大侧偏距小于3 m,偏航角小于5°,较好地实现了高速滑跑阶段的侧向纠偏性能。     

大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究

针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。     

涵道式垂直起降固定翼无人机过渡走廊研究

过渡走廊的准确描述对垂直起降固定翼无人机飞行过程具有重要意义。为研究垂直起降固定翼无人机的过渡飞行过程,扩大过渡飞行走廊包线,本文建立此类无人机的过渡走廊模型,从飞行力学角度以机翼最大升力系数和系统可用功率对动力增升系统偏角—速度包线进行研究,分析无人机气动参数和功率参数对动力增升系统偏角—速度包线的影响;根据过渡走廊...     

太阳能无人机能源系统的多维耦合建模

针对太阳能无人机能源系统建模的耦合性考虑不足、能量流动过程描述不全面等问题,将外部大气环境、无人机的姿态角度等不同维度下影响能源系统运行的多个因素纳入到建模过程中,先后给出了非均质大气环境模型、无人机运动模型、电机模型、减速器模型、螺旋桨模型、光伏电池模型和蓄电池模型的建立过程,并建立了各模型间的耦合关系,得到反映非均质大气环境下、动态飞行行为的太阳能无人机中能量流动的耦合模型。仿真结果表明：该模型可以完整的描述外部大气环境和无人机飞行姿态对无人机发电功率以及动力负荷功率的影响等耦合作用,适合用于仿真分析和地面半实物仿真平台的搭建。