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。     

碟形轴对称无人直升机总体设计

在研究碟形轴对称无人直升机气动特性的基础上，选择碟形无人直升机总体参数并提出了一个总体方案；给出了碟形无人直升机的飞行性能计算方法；建立了碟形无人直升机飞行动力学模型，分析碟形无人直升机的操纵性和稳定性，并进行飞行仿真验证。结果表明：本文提出的碟形无人直升机的总体设计方案和设计方法是可行的。     

直升机三轴增稳改善风切变作用下的飞行品质

探讨了在风切变作用下，带有增稳系统的直升机数学模型的建立；并按国家军标军用直升机飞行品质规范的要求，采用了线性风切变的模型；研究了在正常和恶劣风切变环境下，在海平面悬停状态、前飞状态μ＝０．１，０．２５及前、后重心的情况下，计算自然直升机和带增稳系统直升机的特征根，并进行了等级评定。计算、分析、评定的结果表明，在低空风切变的作用下，带有增稳系统的直升机，除个别长周期模态外，均满足军用直升机飞行品质规范在正常和恶劣两种环境下的等级要求     

小型无人直升机模糊飞行控制系统设计

为了实现小型无人直升机的自主飞行,本文研究了它的飞行控制系统。基于模糊控制技术,根据某小型无人直升机飞行动力学数学模型,设计了模糊控制规则,并研究了模糊规则的表格查询学习算法;通过无人直升机操作手的经验,对模糊规则进行评价,并通过试验进行校正和更改,在此基础上,引入积分环节进一步提高控制系统的性能。     

无人直升机控制动态特性的频域辨识建模方法

利用扫频试飞技术获取了某无人直升机在悬停工作点附近的舵机输入和直升机动态输出数据，利用组合窗频谱分析的方法获取了直升机横滚通道与俯仰通道动态的频率响应特性，利用加权拟合的方法获取了各自的传递函数。和实际飞行数据进行的比较表明，模型有相当的准确性。可以用于直升机增稳系统的控制设计。     

模糊推理在直升机模型辨识中的应用(英文)

直升机控制系统的设计、飞行模拟器的研制及计算机实时仿真都离不开直升机数学模型 ,但是建立可靠而且准确的直升机飞行动力学模型是十分困难的 ,而且也很难保证动力学模型计算的快速性、可靠性与实时性。本文基于模糊推理技术 ,根据飞行试验数据辨识了直升机飞行模型 ,可以在一定程度上保证所辨识模型的简单、准确与计算的实时性。为了提高模糊模型的精度 ,文中采用了一种新方法来处理矛盾规则。本文利用模糊聚类分析的方法对海量的试验样本数据进行处理 ,有效地减少了辨识模型的规则数量。最后的仿真辨识结果表明 ,辨识效果合理 ,方法可行。     

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。     

小型无人倾转旋翼机全模式飞行操纵控制

研究了倾转旋翼机的飞行数学方程,建立了小型无人倾转旋翼机在直升机,倾转及飞机飞行模式的飞行力学仿真模型,计算得出配平工作点处各通道的操纵量和飞行器的飞行姿态,通过各飞行模式的仿真结果确定了该飞行器的全模式飞行策略,飞行试验表明仿真结果符合倾转旋翼机的飞行特性.最后利用特征结构配置算法对小型倾转旋翼机进行解耦控制,并得到良好的解耦效果.     

一种小型无人直升机飞控舱减振及飞行验证

研究了起飞质量为100kg的小型无人直升机飞控舱减振问题,通过建立飞控舱耦合系统有限元模型,利用大量实物模态试验得出的试验数据,对所建有限元模型进行修正.利用修正过的模型对飞控舱进行振动计算及参数影响分析,得到了满足强度和振动特性要求的减振器.经过大量飞行试验,验证了飞控舱减振系统具有良好性能,故解决了飞控舱振动过大难题,为无人直升机进行自驾飞行提供了安全保证.     

基于子空间法的小型直升机飞行力学模型辨识

研究了直升机飞行力学模型辨识方法。首次将状态子空间系统辨识法应用于直升机飞行力学模型的辨识,并对其进行了改进。通过辨识成功地得到了悬停状态下小型直升机的高阶飞行力学模型,并进行了算例直升机仿真验证。结果表明,状态子空间法辨识具有良好的鲁棒性,不会出现经典辨识算法寻优过程中出现的局部极小现象,以及迭代带来的收敛性问题,对于辨识直升机飞行力学模型是非常适用和有效的。     

基于加权式多模型结构的歼击机自适应重构控制

针对复杂的歼击机飞控系统,提出一种基于多模型结构的鲁棒自适应控制方法,使得系统可以在不同的运行环境下跟踪给定的信号,并且对飞机操纵面故障具有重构作用.首先,由多个线性模型和一个模糊模型构成多模型控制结构,采用模糊方法设计多模型自适应控制器中的权值系数,再引入动态结构自适应神经网络以保证系统的稳定性,故避免了模型切换引起的噪声.最后,对歼击机进行正常和故障状态下的控制仿真,结果验证了所提控制方法的有效性.     

直升机吊挂飞行耦合分析

从气动导数和运动模态两个层面分析了直升机吊挂飞行中的耦合。首先,建立了直升机/刚性吊索/刚体吊挂物的全耦合飞行动力学模型。然后,计算了配平特性和频响特性,并与飞行试验数据对比验证了模型。最后,通过算例分析了直升机与吊挂系统的耦合。分析表明:直升机上吊挂点处的运动和作用力是形成相互耦合的关键。相互耦合使得直升机姿态对其角运动产生静稳定作用,直升机自身阻尼对整个系统产生作用,同时还增强了吊索摆角对吊索摆动的静稳定性。气动导数的变化削弱了直升机滚转和荷兰滚模态的稳定性,改善了吊挂系统两个单摆模态的动稳定性。直升机和吊挂系统的横航向耦合强于纵向耦合。     

倾转旋翼/机翼耦合系统过渡飞行瞬态响应分析

基于多体动力学方法建立倾转旋翼机过渡飞行瞬态响应分析模型,研究过渡飞行状态下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性;通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲影响,修正直升机旋翼常规动态入流模型。集成非定常动态入流方程与倾转过渡飞行的多体动力学方程,建立倾转旋翼机过渡飞行状态下时域非定常耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例,分析倾转旋翼机倾转过渡飞行瞬态响应时间历程。数值计算表明:本文建立的时域模型能够快速有效分析倾转旋翼机在过渡飞行时的瞬态特性,能够反映倾转旋翼机旋翼/机翼间复杂的气弹耦合动力学关系。     

直升机实时仿真建模中的关键问题探讨

分析了直升机飞行动力学模型在型号研制过程中的重要地位，阐述了建立满足工程模拟要求的数学模型理论背景以及建模工作中的难点，研究了建立高置信度模型的主要方法，指出尚存在的问题以及当前研究工作的重点，从直升机飞机动力学模型组成结构出发，分别讨论了旋翼气动载荷模型及诱导速度模型，机身气动力模型，发动机模型和飞行控制系统模型的研究方法，及模型研究中问题的解决途径，文中还介绍了基于Newton-Raphson方法的非线性微分方程组算法，并针对模型算法的实时性进行了有益的探索。     

非定常气动力对飞行动力学特性影响分析

在模糊逻辑非定常气动力建模的基础上,研究了非定常气动力对飞行动力学特性的影响.首先分析了非定常气动模型与定常气动模型的差别.其次采用分支分析方法,对带定常与非定常气动模型的飞行动力学系统的陡尾旋状态平衡分支图进行计算、比较与分析.并通过仿真对结果进行验证.研究表明,在大迎角状态下,非定常气动模型与定常气动模型存在较大的差别,对飞行动力学特性将产生一定的影响,需要在大迎角控制律设计中考虑非定常气动力的影响.     

拖曳式诱饵弹落差评估方法研究

针对某掠海飞行器拖曳式诱饵弹1:1试验模型，通过风洞拖曳试验与测力试验展开真实飞行条件下的落差评估方法研究。首先，通过风洞拖曳试验对不同构型诱饵弹的拖曳状态及落差进行分析研究，结果表明:诱饵弹头部外形和质心位置对其拖曳状态的稳定性影响较大，其静稳定性受拖曳线拉力和气动力共同作用，而非质心越靠前静稳定性越高。其次，通过对稳定拖曳状态下的诱饵弹的受力分析发现，利用风洞测力试验能获得诱饵弹随迎角变化的气动力与力矩系数，进而采用函数拟合方法推导出诱饵弹稳定拖曳状态下的落差，并将其与风洞拖曳试验结果对比，从而验证该方法的可行性。最后，分析了两种试验的特性及优缺点，给出了工程实践中拖曳式诱饵弹的优化设计与落差评估方法。     

基于机型航线优化的多目标规划

为了降低航空公司机队的飞行成本，提高飞机的座位利用率，研究机队各机型与航线优化匹配问题。考虑了旅客溢出带来的潜在支出成本，在满 足航班覆盖、旅客需求、机队寿命、航班连续等约束条件下，建立了多目标0~1整数规划模型，并采用基于隶属度的多目标模糊决策法对模型进行求解计算。通过实例验证分析表明：建立的多目标机队优化匹配模型实用可行，既降低了机队的飞行成本，又提高了各条航线上 机型的座位利用率。     

基于风洞试验的非定常气动力微分方程建模方法

为准确描述大攻角非定常运动中非定常气动力的气动特性,研究了以微分方程为基础的非定常气动建模方法。在某战斗机大振幅偏航、滚转单自由度及偏航-滚转耦合运动风洞试验的基础上,对偏航力矩、滚转力矩建立微分方程模型,分析研究不同频率、同一侧滑角情况下,气动力的迟滞时间;然后对高频运动下的气动力进行拟合,进而建立高频运动下的气动力微分方程模型。研究表明:模型可精确预测不同机动下非定常气动特性;建模方法具有较强的工程可行性。     

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.