考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化

为了能在倾转旋翼机单发失效轨迹优化的研究中考虑到驾驶员的反应特性,建立相应的增广飞行动力学模型并进行计算分析。首先,以倾转旋翼机基本纵向刚体飞行动力学模型为基础,建立旋翼拉力系数、旋翼后倒角与操纵杆量之间的关系,并引入延迟环节、惯性环节和操纵速率限制来模拟驾驶员的反应特性,形成适用于倾转旋翼机单发失效轨迹数值优化研究的增广飞行动力学模型。然后,采用直接转换法将轨迹优化对应的最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。最后,以XV-15倾转旋翼机为样机,计算短距起飞单发失效后的最优着陆过程,并与相关文献结果进行对比。对比结果表明:考虑驾驶员的反应特性后,优化得到的状态量、需用功率、拉力系数和旋翼后倒角变化更加柔和,着陆时间和距离有所延长,操纵杆量变化更加合理。除此之外,随着驾驶员感知延迟时间增加,最优着陆过程所需时间会增加,且着陆时触地速度也会增大,但操纵量变化趋势基本一致。考虑驾驶员反应特性的倾转旋翼机单发失效轨迹优化可以为驾驶员实施安全着陆提供更加有用的依据。     

自转旋翼机配平及操纵响应特性

分析了自转旋翼机不同于直升机的特点,在考虑了自转旋翼机旋翼转速可变,螺旋桨、垂尾/平尾气动力的基础上,建立了自转旋翼机的飞行动力学模型。在此基础上,根据某中型旋翼机基本参数,对该机进行了配平及操纵响应特性计算。分析结果表明：自转旋翼机的油门开度随前飞速度增加单调递增,方向舵舵角的变化幅度较小;全飞行速度范围内姿态变化很小,尤其是纵向俯仰角;自转旋翼机的横向周期变距操纵功效接近直升机,纵向周期变距操纵功效小于直升机,而方向舵的航向操纵功效比直升机小很多。     

双螺旋桨推进复合式直升机操纵分配与最优过渡路线设计

针对双螺旋桨推进复合式直升机在过渡阶段存在的操纵面冗余问题,设计了不同操纵机构之间操纵分配系数以及最优俯仰角过渡路线.建立了复合式直升机动力学模型并提出复合式高速直升机操纵策略.对于过渡段以全机功率最优为优化目标,使得操纵杆量连续光滑过渡为边界条件,优化得到最优过渡路线以及不同操纵机构之间操纵分配系数.对于低速阶段会出...     

直升机自动过渡悬停飞行控制系统设计

为实现直升机自动过渡悬停功能，在具有优良操纵特性的直升机显模型跟踪控制系统(MFCS)基础上，开发了自动过渡悬停控制系统。根据过渡悬停机动模态的基本要求，设计了高度控制回路，以实现高度通道按抛物线下降，接着进行线性下降并最终过渡到指数拉平。设计了纵向速度控制回路，使速度先按指定的减加速度线性减速，再按指数规律减速至悬停，且两通道之间协调控制，保证当直升机高度接近悬停高度时，纵向速度同步地趋近于零。文中给出了系统结构配置及参数设计方法。仿真表明，本文直升机自动过渡悬停系统具有优良的物理特性。     

无人直升机非线性飞行仿真建模与验证

针对无人直升机飞行仿真,建立了能够满足实时仿真要求的非线性飞行动力学模型。以某型无人直升机为样例,开展飞行控制律设计,完成了悬停机动飞行和小速度飞行的半物理仿真,并与飞行试验数据进行对比验证。分析表明:仿真结果和试验结果吻合,验证了非线性飞行动力学模型的准确性。飞行过程中,直升机姿态能够较好跟踪其设定值,验证了飞行控制参数的合理性。     

旋翼/机翼转换式高速直升机RD15方案设计

首先对目前各种类型的高速直升机方案和提高前飞速度的新技术进行了综合比较和分析,在此基础上提出了一种旋翼/机翼转换式高速方案。然后,设计了高速直升机RD15的总体方案和直升机/飞机模式的转换过程。在该方案中,升力系统由盘翼和可收缩的桨叶组成;悬停和低速前飞时的控制采用单片桨叶控制技术;尾部采用矢量推力的涵道螺桨,不仅在悬停时提供方向控制,而且在飞机模式时提供高速前飞的推力和多种控制。最后,对此方案旋翼系统的气动特性和关键技术——直升机/飞机模式转换过程中盘翼的仰角、桨叶的长度、转速以及桨距等参数的变化进行了理论和试验研究,并建立了盘翼/旋翼系统的气动计算模型。计算和试验表明,该方案在直升机/飞机模式相互转化过程中升力、功率和操纵的改变能够实现平滑连续地过渡并保证操稳性。     

直升机最优航迹规划与地形跟踪

研究了直升机贴地飞行地形跟踪/地形回避的最优航迹规划方法。该方法综合考虑地形、威胁和障碍,将直升机的机动约束转化为经平滑处理的地形模型,通过结合地形模型与直升机运动方程,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。另外,本文利用广义预测控制（Generalized predictive control,GPC）方法建立直升机贴地飞行最优航迹跟踪控制模型,通过仿真计算表明,广义预测控制可在纵向平面内精确跟踪最优航迹。     

倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法

根据倾转旋翼飞行器的构型特点,建立了倾转旋翼飞行器旋翼、机翼、短舱、机身、平尾(含升降舵)和垂尾(含方向舵)的气动力模型,研究了倾转旋翼飞行器的操纵策略以满足直升机模式的悬停/小速度飞行、直升机模式向固定翼飞机模式转换的过渡飞行和固定翼飞机模式的高速飞行,并运用最优方法研究倾转旋翼飞行器在不同飞行速度下作稳定对称飞行时的配平方法.最后以XV-15倾转旋翼飞行器为例,进行各种飞行模式的配平.结果表明:本文所述方法能合理地给出倾转旋翼飞行器在整个稳定飞行速度范围内的操纵量和姿态.     

序

<正>直升机以其独特的悬停、低空低速和良好的机动性能,在航空飞行器中发挥着不可替代的重要作用。常规的单旋翼带尾桨直升机受自身构型的影响,在大速度平飞时前行桨叶尖部接近声速,后行桨叶出现动态失速,带来旋翼升力降低、阻力及振动激增。因此,常规构型直升机的最大速度与航程等性能指标难以提升,飞行效率受到严重限制。目前常规构型直升机的最大平飞速度不到310 km/h。     

非线性逆在ASTOVL控制系统中的应用

研究了先进短距起飞垂直着陆飞机（ASTOVL）的飞行／推进控制系统的控制律，基于解和掌握气动舵面和推力矢量舵面控制下的飞机数学模型，应用非线性动态逆理论，为ASTOVL飞机从巡航到悬停阶段的飞行，设计了推力矢量控制器和俯仰控制器，以合理地分配飞机上的力和力矩，使得俯仰姿态速度和法向速度的控制在推进系统性能包括线范围内是近似线性和解耦的，最后以ASTOVL飞机悬停阶段的数字仿真曲线为例，证明了所设计的两个控制器是可行的，基本上达到了设计要求。     

旋翼自转状态在高速直升机升力转移过程中的应用

近年来高速直升机的方案日新月异、屈出不穷。但无论是哪一种方案都要解决导致直升机不能飞得更快的根本原因--气流分布的不对称性所造成的气流分离及激波问题。目前大多数高速方案都采用升力转移来解决这一问题，即从直升机模式由旋翼承担升力过渡到固定翼飞机模式由机翼承担升图示 。本文利用自转状态在相同临界迎角下可以承担更多升力的特点，提出将自转引入升力转移的过程中，并建立了速度与桨盘迎角的关系，研究了从正常直升机模态进入自转状态时的进入速度与桨盘迎角。通过算例说明将自转状态作为升力转移的过渡状态，可以达到减小机翼面积，从而降低机体重量，减小阻力的目的，并证明自转状态应用于升力转移过程中是实际可行的良好方案。     

Research on Trim Control of Compound High Speed Helicopter

An investigation is conducted on optimizing the control allocation for trimmed flight on the compound helicopter. The compound helicopter features a single main rotor,a vectored thrust ducted propeller(VTDP)and lifting wings. Due to the redundant controls for thrust,elevator deflection,and differential and symmetric flap deflection,there is a wide range of trim solutions in forward flight for compound helicopter. A method is developed to calculate optimal trim solutions. Firstly,aerodynamics models for deferent subsystems of the compound helicopter are conducted,which consider the mutual interaction of each part. Secondly,a flight dynamics model is developed based on which the method of trim optimization is performed. Finally,the method is demonstrated using a compound helicopter UH?60 L/VTDP. The trim optimization of flight conditions from hover to 370 km/h is conducted using the optimization method. The controls,fuselage attitudes as well as the allocation of lift and thrust along with the flight speed are obtained.     

Automatic Carrier Landing Control for Unmanned Aerial Vehicles Based on Preview Control

For carrier-based unmanned aerial vehicles(UAVs),one of the important problems is the design of an automatic carrier landing system(ACLS)that would enable the UAVs to accomplish autolanding on the aircraft carrier.However,due to the movements of the flight deck with six degree-of-freedom,the autolanding becomes sophisticated.To solve this problem,an accurate and effective ACLS is developed,which is composed of an optimal preview control based flight control system and a Kalman filter based deck motion predictor.The preview control fuses the future information of the reference glide slope to improve landing precision.The reference glide slope is normally a straight line.However,the deck motion will change the position of the ideal landing point,and tracking the ideal straight glide slope may cause landing failure.Therefore,the predictive deck motion information from the deck motion predictor is used to correct the reference glide slope,which decreases the dispersion around the desired landing point.Finally,simulations are carried out to verify the performance of the designed ACLS based on a nonlinear UAV model.     

Optimal Preview Control for Automatic Carrier Landing System of Carrier-Based Aircraft with Air Wake

Carrier-based aircraft carrier landing is a special kind of tracking control problem and not suitable for classical control methods,which may miss the desired performance or result in overdesign.Therefore,we present an optimal preview control for automatic carrier landing system(ACLS)by using state information of system,as well as future reference information,which can avoid the shortcomings of classical control methods.Since the flight performance of carrier-based aircraft is disturbed by air wake when the aircraft flies near the area of carrier stern,we design a disturbance rejection strategy to ensure that aircraft track the glide path with high precision and robustness.Further,carrier-based aircraft is a complex nonlinear system.However,the nonlinear model of carrier-based aircraft can be linearized at equilibrium landing state and decoupled into the longitudinal model and the lateral model.Therefore,an optimal preview control system is designed.The simulation results of a carrier-based aircraft show that the optimal preview control system can effectively suppress air wake.Tracking accuracy of optimal preview controller is higher than that of the proportional integral differential(PID)control system.     

直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究

通过建立具有后掠桨尖旋翼气弹稳定性的分析模型，研究后掠桨尖旋翼气弹的稳定性。结构模型考虑了旋翼桨叶的偏置、预锥、预掠、预扭以及桨尖的后掠等多种旋翼参数及非线性影响，分析了不同桨尖后掠角几何参数对旋翼气弹稳定性的影响。数值结果表明，桨尖后掠对旋转旋翼桨叶气弹稳定性影响较大，桨尖后掠使一阶扭转频率增加，同时使一阶摆振阻尼降低，后掠桨尖单元的非线性转换关系对气弹分析结果有影响，桨尖后掠角越大这种影响越显著。     

无人直升机飞控系统设计与应用

论述了将Voyage模型直升机改造成全自主无人直升机的工作。首先,改造了直升机结构,设计了飞控电子设备和基于客户／服务模式的飞控软件和地面站软件;其次,利用扫频数据进行频域辨识,建立了直升机姿态通道的动力学模型;最后,设计了飞行控制律,实现了在悬停和低速下的全自主飞行。     

直升机着舰引导与控制研究进展

随着现代海战向立体化、多层化发展,舰载直升机以其垂直起降、定点悬停等优势成为未来海战武器装备的重要组成部分,而着舰引导与控制是舰载直升机的关键技术。本文对直升机着舰引导技术与着舰控制技术的研究进展进行概述,着重概述和分析了着舰引导技术中的雷达、卫星、视觉、光电引导技术。其次对舰载直升机着舰的环境影响因素、综合流程以及应用现状进行概述分析,最后对舰载直升机着舰技术进行了展望。     

神经元最优状态反馈控制及其在登月问题中的应用研究

以非线性系统自学习最优控制算法为基础，提出了一种基于人工神经元网络的非线性状态反馈最优控制策略，使非线性不确定性的被控系统能通过自学习实现某种最优的非线性反馈控制，本文对该控制策略在登月软着陆问题中应用进行仿真研究，验证了该控制策略的可行性和有效性。     

舰载直升机在复杂流场环境中的着舰策略

针对直升机着舰过程中的下滑进场环节，从流场 环境对直升机飞行品质影响的角度出发，研究了直升机着舰策略。分析了下滑进场区域的流场分布，研究表明流场的分布与距离甲板的高度相关，高度越低，气流速度均值越大，且下洗气流主要集中在迎甲板风方向的路线区域，对直升机的飞行品质造成影响。分析了不同甲板风（Wind on deck，WOD）条件下直升机平衡状态量，分别从旋翼所需功率、操纵量和机体姿态等方面对进场方式进行了研究，表明合理的进场方式有利于着舰安全。