栅格舵气动与操纵特性高速风洞试验技术研究

为研究飞行器单独栅格舵全尺寸模型气动特性,考核、验证舵控系统操纵性能,在FL-24风洞(1.2m×1.2m)开展了专项试验技术研究.首次在国内高速风洞建立了全尺寸栅格舵高速风洞试验平台,主要内容包括:风洞大载荷侧壁支撑装置设计、高速风洞模型保护装置设计、高灵敏度气动测试天平研制、模型风载条件下变形测试系统设计以及动态气动力测量与数据处理方法等.该项试验技术实现了模型气动与舵控系统以及气动与结构一体化试验验证,为栅格舵尾翼布局飞行器相关专业设计及飞行试验提供了重要试验数据.     

机动弹头姿态解耦控制方法研究

对大机动弹头再入飞行段姿态稳定控制系统的设计问题进行了分析与研究。根据飞行控制要求 ,考虑了影响较大的气动力和气动力矩因素 ,建立了一个完全表征大机动情况下弹头运动的非线性动力学模型。然后采用非线性解耦控制理论设计了机动弹头的姿态控制系统。仿真结果表明 ,该方法能够保证系统良好的稳定性能。     

基于自适应逆的微型飞行器飞行控制系统

飞翼式微型飞行器由于尺寸小、速度低、气动布局特殊和飞行环境复杂多变,其飞行力学具有显著的非线性和非定常特性,传统的控制方法已不能满足要求.本文运用时标分离理论,设计了快变量和慢变量动态逆,同时引入在线神经网络补偿动态逆误差,并采用伪控制补偿器消除作动器和自适应单元之间的相互影响,在此基础上提出了飞翼式微型飞行器的自适应飞行控制系统,并与采用动态逆-PID控制方法设计的飞行控制系统进行比较.仿真结果表明:基于自适应逆的飞行控制系统,具有较强的鲁棒性和指令跟踪能力,比动态逆-PID飞行控制系统更适合于微型飞行器.     

基于非线性干扰观测器的空天飞行器轨迹线性化控制

研究一种新的空天飞行器基于非线性干扰观测器的轨迹线性化飞行控制方案。轨迹线性化控制是一种新颖有效的非线性跟踪和解耦控制方法,但空天飞行器飞行过程中存在的建模误差和外界干扰等不确定因素将导致其性能下降甚至失效。为了满足空天飞行器高精度高稳定控制的要求,本文利用非线性干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,其输出用以设计新的补偿控制律,从而使当前轨迹线性化方法的控制性能得到改善。最后利用该方案设计出空天飞行器飞行控制系统,通过高超声速飞行条件下的仿真,验证了该方法的有效性。     

基于控制分配器的可重构飞行控制系统研究

今天的飞机，使用硬件余度方法无法恢复关键舵面缺损所造成的严重故障。可重构技术利用多舵面的空气动力余度，可以将失效舵面的控制效果分配给别的舵面，消除了故障舵面的影响。本文针对飞机控制舵面／作动器故障，推导出了基于控制分配器概念的可重构飞行控制系统算法，并分析了飞行控制系统结构对飞机气动力余度大小的影响，讨论了重构算法的重构特性。理论分析和仿真验证表明，在控制舵面／作动器产生一定水平故障时，这种方法可以保证飞机满足一定飞行品质的安全飞行。     

非线性飞行控制律设计中的分支裁剪技术

研究了非线性飞行控制律的全局连续设计方法--分支裁剪技术.该方法以分叉分析和连续算法计算得到的飞行动力学系统平衡图为基础,采用特征结构配置方法设计全局调参的纵、横航向解耦反馈控制律,满足飞行品质要求,从而裁剪偏离运动对应的平衡分支;应用前馈控制修改平衡图的主分支形状,使系统输出根据设计要求跟踪操纵输入指令.控制律设计和仿真计算结果表明,采用分支裁剪技术可以系统把握飞行动力学系统的全局特性,在整个包线范围内便捷地设计初步的飞行控制律,为现代飞行器设计阶段的气动布局评估、控制效能确定、设计参数选择等研究工作提供基础.     

基于模糊小波神经网络的四旋翼飞行器鲁棒自适应控制

针对四旋翼飞行器的飞行控制问题,提出了一种基于模糊小波神经网络的鲁棒自适应滑模控制方法。首先利用牛顿-欧拉方程得到四旋翼飞行器的动力学模型,然后用模糊小波神经网络在线逼近系统中的外部扰动和未建模不确定动力学特性,最后提出鲁棒自适应滑模控制算法,通过Lyapunov稳定性理论证明了整个飞行控制系统的稳定性。仿真和实验结果验证了所提出控制方法对外界干扰和模型的不确定性具有较好的鲁棒性和自适应性。     

连接面刚度对于升力面动力学特性影响研究

折叠空气舵折叠机构以及舵轴处连接的设计对于折叠空气舵动力学特性有很大影响,基于折叠空气舵模态试验测得模态参数,对折叠空气舵进行动力学有限元建模以及校准,以此为基础,调整折叠机构以及舵轴与舵机的连接等多处连接刚度对应有限元模型参数,研究舵系统模态频率随各连接面刚度对应有限元模型参数调整的变化趋势,并得出具有参考意义的结论,用以指导折叠机构以及舵轴处连接等的结构优化设计。     

V尾伺服弹性试验失稳定位方法研究

准确获取飞行器结构动力学特性及气动伺服弹性稳定裕度,是飞行器首飞成功的关键。针对某飞机在伺服弹性地面试验时发生结构与控制系统耦合问题进行了研究,提出了一种获取飞行器的失稳频率和振型的方法。利用加速度传感器采集结构的振动响应,采用随机子空间模态参数辨识方法分析获得飞机伺服弹性地面试验失稳时V尾振动频率和振型,为控制系统修改设计提供方向及气动伺服弹性理论模型修正提供数据。     

机翼—平尾组合体的纵向非定常气动力分析

在飞机设计过程中，以前往往只在定常空气动力的基础上进行飞机的稳定性、操纵性计算以及自动系统的设计。在飞行实践中，出现了一些飞行失控现象，这些现象用常规的定常空气动力学理论及其相关的稳定性理论通常难以解释。随着对空气动力学理论认识的不断深入，人们越来越重视非定常空气动力对飞行的影响。在飞行器设计阶段，已经开始考虑非定常空气动力的影响。在一些空气动力学的专著上详细地介绍了非定常空气动力的计算方法，这些计算方法计算精度较高，但其计算复杂。在飞行器初始设计阶段，以及飞行理论教学中，使用那些精确的、复杂的…     

含间隙减阻杆非线性气动弹性研究

为减小钝头飞行器超声速飞行的阻力,在整流罩顶端安装多节可伸缩的减阻杆,节间的间隙会引起非线性,对飞行器气动弹性特性产生影响。本文针对含间隙减阻杆的气动弹性问题,提出了非线性结构建模和气动弹性分析方法,利用梁单元和非线性弹簧模拟减阻杆,利用模态综合法建立飞行器系统结构动力学模型,通过计算结构动力学与计算流体动力学耦合求解,获得减阻杆的动力学响应,并进行阻尼辨识,判断系统的气动弹性稳定性。针对不考虑间隙情况研究了不同马赫数不同攻角的减阻杆气动弹性稳定性。针对稳定裕度较小的工况,分析了减阻杆节间间隙对气动弹性稳定性的影响,结果表明,间隙的存在可能削弱气动弹性稳定性,控制间隙尺寸有利于提高气动弹性设计可靠性。     

旋翼飞行器飞行动力学系统辨识建模算法研究

描述了旋翼飞行器飞行力学模型的系统辨识建模算法,从旋翼飞行器飞行动力学建模的共性问题入手,首先采用机理建模的方法分析了旋翼飞行嚣主要气动部件所受气动力.考虑旋翼挥舞运动对旋翼飞行器飞行动力学特性的影响,建立了旋翼飞行器的飞行力学系统辨识参数化模型集.其次以子空间方法辨识初始飞行动力学模型,采用加权频域预报误差法获得最优模型的两步辨识方法解决旋翼飞行器这一非线性不稳定,多输入-多输出系统辨识问题,且所辨识模型与机理模型具有相同的结构.最后对样例直升机的悬停飞行状态模型辨识进行了数值与试飞试验验证,表明了方法的有效性.     

近空间飞行器故障诊断与容错控制的研究进展

近空间飞行器具有飞行速度快、飞行包线大、气动特性变化剧烈及飞行环境复杂多变等特点,故障诊断与容错控制技术对提高其安全性和可靠性具有重要意义。本文通过对近空间飞行器故障诊断与容错控制技术的国内外研究现状调研和分析,阐述了近空间飞行器动力学模型及飞控系统的故障类型,分析了近年来国内外关于近空间飞行器故障诊断与容错控制技术的主要研究成果和存在的问题,最后对近空间飞行器故障诊断与容错控制技术未来的发展方向和面临挑战进行了展望。     

基于广义动态尾迹倾转旋翼飞行器数学建模

为了进一步提高倾转旋翼飞行器的建模精度,采用广义动态尾迹理论建立旋翼的诱导速度模型,进而建立了旋翼气动力计算模型;考虑旋翼尾流对机翼的影响,建立了机翼气动力模型;考虑旋翼和机翼对其他升力面的气动干扰,建立相应的气动力计算模型;最后以XV 15倾转旋翼飞行器为例,对建立的模型进行验证。仿真结果表明：建立的飞行动力学模型可以很好地反映飞行器的物理特性,适用于倾转飞行器的飞行动力学研究。     

基于LPV模型参考自适应飞行边界保护控制

进行有效的飞行边界保护控制有利于预防飞行失控。研究了一种基于线性参数变化(Linear parameter varing,LPV)模型参考自适应飞行边界保护控制方法。基于函数替换方法构建了仿射参数依赖LPV飞行动力学模型,通过调度变量的动态变化来减小与全量非线性动力学模型的失配。将实时飞行边界保护转为有约束广义预测控制问题,设计了数值算法以实现对舵偏角控制量及其增量、飞行状态参数的边界保护。通过仿真分析表明,LPV模型能够较好地逼近全量模型,反映出瞬时飞行动态;通过有约束广义预测控制数值算法能够有效地实现飞行边界的保护控制。     

仿生微型扑翼飞行器中的空气动力学问题研究进展与挑战

对仿生微型扑翼飞行器相关的空气动力学问题的研究进展进行了综述,并分析了未来发展面临的机遇与挑战。与自然界的飞行生物相比,目前仿生扑翼飞行器的飞行能力还很笨拙,距离高仿生还有较大距离。其中,所涉及的低雷诺数非定常空气动力学问题成为研究者在深入研究时面临的一个主要难题,关键在于数值模拟和风洞实验均难以准确模拟飞行中的实际状态。具体面临的难题主要包括:(1)仿生微型扑翼飞行器所处的雷诺数为103~105量级,属于对转捩与湍流非常敏感的区域,相关的气动机理复杂;(2)柔性翼在飞行中密切相关的动气动弹性问题;(3)高机动飞行导致的动气动弹性耦合飞行力学问题;(4)扑翼飞行的复杂姿态对飞控系统的挑战及反馈耦合算法的设计等。这些层层深入的多学科耦合难题导致了目前具备的研究手段难以为仿生扑翼飞行器的研究提供定量的分析与改进设计。在解决上述难题的基础上,未来可进一步在高机动灵活飞行姿态方面进行深入研究,对仿生柔性翼的刚度分布开展详细设计,使仿生扑翼飞行器具有像自然界飞行生物一样的主动变形能力,可在复杂的环境下具备高机动飞行能力,最终实现高仿生外形和性能的人造飞鸟或人造飞虫。     

推力矢量发动机燃气舵气动特性设计

结合工程实际,论述和分析了推力矢量发动机燃气舵气动特性的设计过程。以工程算法快速地确定燃气舵的气动外形,借助针对燃气流动的数值分析方法,给出了绕燃气舵流场的流动特性。通过分析舵片上的压力分布,获得控制系统所需的各力和力矩值,以舵面的升力和法向力随舵偏角的变化规律,以及舵间的相互干扰等作为分析依据,对燃气舵气动特性设计进行详细计算。数值计算结果与试验结果的误差能够满足工程设计的需要。该方法为今后燃气舵气动特性的进一步研究可提供必要的手段。     

一种无人机鲁棒自适应控制律设计

针对现代无人机作战时存在强不确定性、全包线大机动飞行时的强非线性、战损/故障导致的舵面效能变化问题，提出一种包含基本控制器和补偿控制器的鲁棒自适应控制律设计方法。以鲁棒伺服LQR作为基本控制器，L自适应作为补偿控制器，在保证无人机控制系统稳定性和动态特性的同时，拥有较强的鲁棒性。仿真结果表明了该方法的有效性和优越性。     

微型飞行器自主飞行专家模糊控制技术

微型飞行器(Micro air vehicles, MAV)的自主飞行控制是目前国内外微型飞行器研究领域正在积极开展的一项研究.由于MAV自身尺寸微小,飞行环境复杂多变,其飞行力学具有明显的非线性、非定常特性,传统的飞行控制技术已非常不适用.本文将模糊控制技术引入到MAV飞行控制之中,实现了各个方向的姿态控制、高度控制,在此基础上,根据MAV飞行力学特性与实际飞行经验,建立了一个完整的专家控制体系,实现了MAV自主飞行控制.最后,运用Lyapunov理论,验证了系统的全局稳定性.     

超机动飞机的非线性控制与飞行员的环实时仿真

在空中格斗中，使用过失速机可获得显著的成熟优势，而飞机在大迎角和高角速率的情况下，其动力学具有强耦合性和非线性，本文讨论了应用非线性动态逆进行超机动飞机飞行控制系统的设计，飞机的的动力学分成快慢两组变量，角速率是快变量，姿态角是慢变量，对快变量进行非线性逆控制器的设计，以此来稳定纵向短周期运动，并通过气动舵面与推力矢量的融合，来改善大迎角范围内的侧向响应，对慢变量进行非线性逆控制器的设计可使飞行员