应用摄动法确定飞机的模态特性

应用摄动法将飞机四阶线化方程降为二阶方程，导出确定飞机纵向长，短周期模态和模航向滚转，螺旋，荷兰滚模态近似解析解。     

对飞机纵向沉浮模态解析法的探讨

本文通过对现有沉浮模态各种近似解析解的分析比较，修正了经典解析法完全略去△ａ自由度的假设，计及了对此模态有相当影响的气动导数Ｃｍａ和Ｃｍｑ的作用，导出了沉浮模态二阶近似方程。算例结果证实，本方法具有较高精度，优于现有的几种近似解析解。     

仅调节发动机推动的应急飞行控制研究

研究并开发仅调节发动机推力大小来控制飞机航迹的增强控制模态，有效地抑制了飞机纵向的沉浮运动，侧向的荷兰滚运动，从而当飞机舵操纵系统失灵后，只调节发动机油门，使飞机安全着陆。     

特征结构配置在飞机模态解耦中的应用

主要对特征结构配置在飞机模态解耦中的应用问题进行研究,并以某飞机横航向小扰动运动为例,按照飞机飞行品质规范要求,给出荷兰滚模态和滚转模态解耦控制的设计方法。     

荷兰滚模态螺旋模态对大型飞机滚转性能的影响

本文从飞机的横-航向线性小扰动三自由度运动方程出发,导出了副翼操纵阶跃输入时,飞机三自由度滚转角速度、倾斜角的近似解析公式。同时,作为一种特例,直接从三自由度近似解析公式简化或单自由度的滚转角速度、倾斜角的计算公式。二者相比较,可得出荷兰滚模态、螺旋模态对飞机滚转性能影响的近似解析表达式。且用几架普通气动布局的大型喷气客机数据作为算例,进行了计算。计算是在H-89微型计算机上完成的。计算结果表明,荷兰滚模态Pss,Ф_t的影响较大,且主要取决于(ω_φ/ω_(nd))~2离开1的程度,螺旋模态对Pss,Ф_t(只限滚转60。)影响较小。可是,荷兰滚模态、螺旋模态的影响均是使Pss,Ф_t指标变坏的。此外,这二个模态对滚转模态时间常数T_R的影响必须计入。     

基于本征正交分解技术的高效气动弹性耦合计算方法

将降阶非定常涡格法与结构动力学方程耦合,构造出一种高效的气动弹性计算模型。计算模型中通过引入伪时间步迭代实现了气动与结构计算的紧耦合。另外,通过本征正交分解方法实现了计算模型的降阶。作为方法验证,文中将该方法应用于进行沉浮振荡运动的柔性薄板的气动弹性计算。计算结果表明,仅通过前7个POD模态就可以对涡格法的全模型进行很好的近似,并且该方法在损失很小精度(约1%)的条件下可以实现计算速度的大幅提升(约10倍)。在本文中,降阶模型在POD分析的样本变化范围内和变化范围外都有很好的表现。     

荷兰滚运动模态阻尼分析

本文根据飞机横航向运动的特点,对滚转模态特征根的精确近似值进行了计算,导出了荷兰滚模态阻尼的表达式,克服了现有近似式在低速范围内失效的缺点。通过对该表达式的分析,对横、航向静稳定性参数m_x~β及m_y~β在荷兰滚模态阻尼中的作用进行了讨论。说明了在|m_x~β|加大或|m_y~β|减小时,荷兰滚模态的阻尼不仅会减小(习惯说法),而且也会加大。提出了决定这种不同变化规律的判据,解释了现有资料中关于此问题的二种相反说法的适用范围。     

模态密集柔性空间结构二阶内平衡降阶

 给出一种针对二阶线性系统方程直接进行降阶的二阶系统内平衡降阶方法。大型柔性空间结构动力学方程采用二阶线性微分方程描述,采用传统的一阶内平衡降阶方法降阶后的状态方程是一阶形式,破坏了原系统的二阶结构和物理意义。采用新方法降阶后的系统可以保持原系统二阶结构,同时可以进一步保持原系统的对称和正定特性。柔性空间结构系统级降阶的柔性模态方程通常为对角形式,针对这种特殊形式,系统可控和可观Gramian矩阵存在闭合解析解,给出了闭合解的具体表达形式。数值仿真结果表明,二阶内平衡降阶方法可以达到一阶内平衡方法一样的降阶精度,Gramian矩阵的闭合解析解可以大幅度提高Lyapunov方程求解速度。     

模型降阶在折叠机翼主动控制中的应用研究

针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度对两种降阶模型的精度进行对比分析,对降阶模型进行设计并施加主动控制律,抑制翼尖的位移响应。结果表明:平衡截断降阶模型具有较高的可控度,模态价值分析降阶模型具有较高的可观度;两种降阶模型均可以快速精确地得到高阶动力学的降阶模型,并且该模型可以有效地应用于主动控制系统的设计。     

耦合六自由度运动弹性飞机阵风响应数值模拟

耦合飞机刚体六自由度运动,考虑飞机结构气动弹性变形,基于全湍流Navier—Stokes方程流场数值模拟方法．建立了离散阵风作用下弹性飞行器气动载荷与飞行姿态响应的数值模拟技术。其中模态空间中结构动力学方程以及六自由度运动方程分别采用四阶R—K进行时间推进求解,采用RadialBasicFunction（RBF）技术进行气动／结构数据耦合。对应飞机姿态以及弹性变形采用RBF与TFI组合模式的动网格方法进行网格更新;以飞翼布局弹性飞机为数值研究对象,研究了离散阵风作用下飞行器的气动载荷响应以及飞行姿态的变化,对比分析了刚性飞行器与弹性飞行器对离散阵风响应的区别,为进一步系统地分析真实飞机飞行品质提供数值平台。     

基于Kane方法的直升机-柔性绳索-吊挂系统动力学建模

完成了基于Kane方法的直升机-柔性绳索-吊挂系统的动力学建模.通过运动学描述,将系统分为直升机本体、吊挂绳索和吊挂载荷三部分.直升机本体为六自由度刚体;吊挂绳索模拟为集中质点模型,质点间用弹簧连接;吊挂载荷模拟为三自由度质点.考虑重力、气动力和弹性力的影响,建立直升机-吊挂系统的Kane动力学方程.针对直升机本体和考虑吊挂绳索柔性的直升机-柔性绳索-吊挂系统这两种模型,计算了它们在不同前飞速度下的配平状态,分析了其运动模态并进行对比.仿真结果表明:外吊挂引入后,直升机需要额外的总距操纵;考虑吊挂绳索柔性后,直升机长周期运动的收敛/发散速度变慢;Kane方法适用于直升机-柔性绳索-吊挂系统的动力学建模,方程整齐简洁,编程求解方便.      

面向弹道优化的高超声速再入飞行器模态稳定性分析

为研究高超声速再入飞行器沿弹道的自由扰动运动的稳定性，考虑大气密度随高度的变化和引力梯度，建立了高超声速无动力再入纵向动力学小扰动线性化方程，然后获得转移矩阵和特征方程，在此基础上进行沿弹道的纵向模态分析。利用二次曲线及基于类型函数和形状函数（CST）的方法提出升力式高超声速飞行器气动布局，并采用工程估算方法获得飞行器气动特性数据。针对最大射程、最小射程和跳跃弹道等典型再入弹道进行沿弹道的模态稳定性分析，得到高超声速再入弹道高度模态、沉浮模态和短周期模态稳定性沿弹道的变化特征。从稳定性的角度，对弹道优化提出建议：应避免所设计的弹道产生太大的跳跃，即使是牺牲一些射程上的性能，因为跳跃会使短周期模态和沉浮模态产生更多的不稳定特征根。     

机载风切变系统的告警准则

利用风切变场中飞机近似的能量高度传递函数研究了飞机在激发其沉浮振荡的最严重风切变场中的动态特性 ;确立了适用于机载风切变探测告警系统的风切变危险通报的阈值。为机载风切变探测告警系统的研制提供了风切变的危险性评估准则     

Riccati传递矩阵——直接积分法及其应用

 <正> 本文在文献[1,2]工作基础上,提出用Riccati传递矩阵原理建立转子支承系统的特征盘运动微分方程,并作了理论推导及实例分析。 一、特征盘运动微分方程的导出 为了一般性起见,设内、外转子的特征盘均为转子中间的某一盘,如图1所示。设从左边界传递到此特征盘的左端面为n段,从右边     

Close relative motion on distant retrograde orbits

Distant Retrograde Orbits (DROs) in the Earth-Moon system have great potential to support varieties of missions due to the favorable stability and orbital positions. Thus, the close relative motion on DROs should be analyzed to design formations to assist or extend the DRO missions. However, as the reference DROs are obtained through numerical methods, the close relative motions on DROs are non-analytical, which severely limits the design of relative trajectories. In this paper, a novel approach is proposed to construct the analytical solution of bounded close relative motion on DROs. The linear dynamics of relative motion on DRO is established at first. The preliminary forms of the general solutions are obtained based on the Floquet theory. And the general solutions are classified as different modes depending on their periodic components. A new parameterization is applied to each mode, which allows us to explore the geometries of quasi-periodic modes in detail. In each mode, the solutions are integrated as a uniform expression and their periodic components are expanded as truncated Fourier series. In this way, the analytical bounded relative motion on DRO is obtained. Based on the analytical expression, the characteristics of different modes are comprehensively analyzed. The natural periodic mode is always located on the single side of the target spacecraft on DRO and is appropriate to be the parking orbits of the rendezvous and docking. On the basis of quasi-periodic modes, quasi-elliptical fly-around relative trajectories are designed with the assistance of only two impulses per period. The fly-around formation can support observations to targets on DRO from multiple viewing angles. And the fly-around formation is validated in a more practical ephemeris model.     

Dryden大气紊流频谱的等价确定性函数及其在飞机响应问题中的应用

本文扼要评述了B.Etkin等人最近发表的多输入随机过程的等价确定性输入方法（EDIT）,并且加以扩展,导出线性变换公式,分析了确定性输入函数的奇偶性。按照EDIT把目前常用的Dryden大气紊流频谱化成等价确定性时间函数,并拟合成简单的表达式。说明了在时域内计算飞机对大气紊流响应特性的方法和步骤。在算例中比较了用EDIT和常规的功率频谱法所得的结果。     

Aeroservoelastic modeling and analysis of a canard-configured air-breathing hypersonic vehicles

Air-breathing hypersonic vehicles (HSVs) are typically characterized by interactions of elasticity, propulsion and rigid-body flight dynamics, which may result in intractable aeroservoelastic problem. When canard is added, this problem would be even intensified by the introduction of low-frequency canard pivot mode. This paper concerns how the aeroservoelastic stability of a canard-configured HSV is affected by the pivot stiffnesses of all-moveable horizontal tail (HT) and canard. A wing/pivot system model is developed by considering the pivot torsional flexibility, fuselage vibration, and control input. The governing equations of the aeroservoelastic system are established by combining the equations of rigid-body motion, elastic fuselage model, wing/pivot system models and actuator dynamics. An unsteady aerodynamic model is developed by steady Shock-Expansion theory with an unsteady correction using local piston theory. A baseline controller is given to provide approximate inflight characteristics of rigid-body modes. The vehicle is trimmed for equilibrium state, around which the linearized equations are derived for stability analysis. A comparative study of damping ratios, closed-loop poles and responses are conducted with varying controller gains and pivot stiffnesses. Available bandwidth for control design is discussed and feasible region for pivot stiffnesses of HT and canard is given.     

基于三焦距张量及BMA的运动估计和补偿

为克服块匹配位移估计方法 (BMA)不能准确描述物体的旋转、相机镜头的推移 (pan)及缩放的缺点 ,引入计算机视觉中的三线性关系及基于三焦距张量的像素转移进行运动估计和补偿。将像素转移与块匹配运动估计和补偿方法相结合 ,通过实际的图像序列比较了这种方法与单纯 BMA方法的运动补偿效果 ,结果表明 ,在有相机平移及景物有深度变化时 ,本文方法的效果明显优于单纯 BMA方法。     

飞机扰动运动典型模态动画显示

形象地表现线性小扰动运动方程的纵向和横航向典型运动模态，一直缺乏一种理想的方式。本文介绍了利用计算机动画制作技术，在计算机上将纵向和横航向５种典型运动模态隔离并模拟显示的一种方法。多视点、多角度地再现了它们的运动轨迹和飞机姿态的变化特征。这对于学习和掌握典型运动模态，分析扰动运动特征，理解飞行品质要求将起到很好的辅助作用。     

一种基于光流拟和的航拍视频图像全局运动估算方法

在多分辨率光流估算的基础上,提出了一种基于光流拟和的方法用于对航拍视频图像中的全局运动进行估算。在利用光流对全局运动模型拟和时,针对光流估算的不确定性以及图像中独立目标运动的干扰,提出了一种光流分块拟和与评估的方法用于剔除光流场中不利于全局运动估算的干扰数据,从而有效提高了全局运动的估算精度。航拍视频图像配准与独立运动检测的仿真结果均验证了算法的有效性。