基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法

基于能量优化的无人机机动能够使无人机在不失去决定性位置优势的情况下获取相对于对手的能量优势，足够的能量优势可转换为有效的位置优势，有利于无人机在空战中随时改出当前机动并投入下一机动动作，对于无人机获取空战胜利至关重要。开展了基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法研究，通过在无人机机动飞行包线内设计合适的机动指令，使得无人机能量性能指标最优。以上升转弯机动为例进行了机动轨迹生成的详细设计，并与常规上升转弯机动轨迹生成结果进行对比，仿真结果显示所设计的机动动作完成时间缩短了28.6%~83.8%，总能量变化减少了64.7%~70.1%，实现了无人机机动飞行的能量优化。     

直升机稳定转弯飞行中的运动学问题研究

阐明了转弯飞行是直升机的基本机动科目,现有的运动学问题研究仅从性能的角度出发,分析转弯过程中的过载、转弯半径等,忽略了转弯过程中的迎角、侧滑角、姿态和角速度等运动参数的变化,因而不能合理地预测转弯过程中旋翼的真实能力、直升机的机动性能及飞行轨迹。文中着重介绍了一种直升机稳定转弯时的运动学分析方法,该方法建立了不同稳定转弯条件下,速度、迎角、侧滑角与过载系数、姿态、角速度之间的关系,定量分析了不同稳定转弯条件对直升机角速度和姿态的影响。     

机动转弯条件下转子有限元建模方法

为了使机动转弯条件下转子动力学模型更加精确,考虑梁单元的转动惯量和剪切变形,对有限元Timoshenko梁模型的相关理论进行推导;考虑到机动转弯载荷对转子响应的影响,对机动转弯条件下梁单元、刚性圆盘单元的机动载荷向量和重力载荷向量进行推导。利用以上推导结果建立了1套机动转弯条件下转子有限元的建模方法,利用该方法建立的模型进行机动转弯过程中含弹性支承双盘转子的振动响应计算,结果表明:机动转弯产生的附加载荷会使转子模型产生一定的静位移。     

现代战斗机最优过失速和高速转弯机动

通过分析水平面内的最快转弯和最小半径转弯，研究了现代战斗机的最优过失速机动和高速机动。利用最优控制理论，讨论和分析了最优倾侧角控制和推力控制规律。典型示例飞机的数值仿真计算结果表明，最优高速转弯轨迹是Ｂ、Ｃ和Ｓ等各段子弧的相应组合，它与发动机推力、飞行高度、端点马赫数、过载和空气动力约束等相关；提高发动机推力亦可减小最优转弯时间。     

现代战斗机最优过失速和高速转变机动

通过分析水平面内的最快转弯和最小半径转弯，研究了现代战斗机的最优过失速机动和高速机动。利用最优控制理论，讨论和分析了最优倾侧角和控制和推力控制规律。     

基于控制力矩陀螺的BTT飞行器协调转弯控制

针对倾斜转弯(BTT)飞行器进行横向机动时会产生侧滑角的问题,提出一种考虑通道耦合因素的协调转弯控制方法。采用了一种基于单框控制力矩陀螺(SGCMG)的侧滑角抑制执行机构来替代方向舵、矢量推力发动机等传统执行机构。建立了加装控制力矩陀螺的BTT飞行器横向机动时的多变量强耦合非线性倾斜转弯动力学模型。根据BTT飞行器横向机动时的协调转弯要求,设计了一种基于非线性反馈和线性二次型最优算法的解耦综合控制器。计算结果表明:协调转弯控制系统可实现滚转角指令的良好跟踪和侧滑角的有效抑制。     

前轮转弯操纵速率对飞机地面滑行特性影响研究

飞机若想尽快实现地面机动转弯,则前轮转弯操纵系统操纵速率应尽量大,而为了保证飞机地面机动不会引起前(主)机轮侧向滑动,又要求前轮转弯操纵速率应限制在一定范围内。以某型机为例,分析大动力操纵角下,地面摩擦系数、飞机滑行速度及转弯操纵速率对前、主机轮侧滑影响。结果表明:飞机以0.3～0.4 rad/s的平均操纵速率进行大角度转弯,基本能满足地面稳定性要求,但为了降低飞机在低摩擦道面上的侧滑风险,需降低前轮偏转到大角度时的操纵速率。     

飞机盘旋/转弯机动研究

利用飞机体轴系下的质点系动力学平衡方程和航迹轴系下的质点动力学平衡方程,将飞机的操纵性、定常性与机动性相结合,给出了飞机水平盘旋/转弯机动的分析方法。对某型飞机的分析结果表明,该方法在飞机设计中具有较高的使用价值。     

仿蜻蜓扑动机构改进及气动力/力矩测量

为进一步提高扑翼微型飞行器的机动性能,对前期提出的可移动铰链曲柄滑块扑动机构进行了改进和小型化。该机构运动学表明:移动铰链后两侧翅膀扑动幅值差值从之前的21.3°增大到51.2°,同时平均扑动幅值降到0°。研制了可快速模块化组装的碳纤维板仿蜻蜓扑翼样机。样机测量和试飞实验表明,通过调节扑动频率可以明显改变样机的升力和推力,有效实现飞行器的快速爬升机动飞行。在较大扑动频率移动铰链可以产生足够的偏航力矩和滚转力矩用于转弯等机动飞行。      

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

一种凸多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法

 覆盖航迹规划技术对于提高无人机的侦察能力和目标搜索能力具有重要的意义。首先从能量、路程、时间角度,理论上证明了转弯过程比直线平飞过程的效率低。其次给出了凸多边形跨度和宽度的定义,并把凸多边形区域的覆盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题。最后证明了凸多边形区域的宽度只可能出现于“点边式”跨度之中,并给出了一种高效的“点边式”宽度算法。无人机只需要沿着宽度出现时的支撑平线方向飞行,即可以取得最少的转弯次数。通过仿真分析,证明了所提出的算法能够有效解决无人机在凸多边形区域中的覆盖航迹规划问题。     

基于ADAMS的焊装转台牵引转向机构设计与优化

本文以某型卫星焊装转台牵引转向机构为研究对象,针对转台转向时与地面产生额外的磨损及动力消耗问题,进行了重新设计,并基于ADAMS软件进行了运动学仿真,验证了机构的可行性,对机构进行参数化建模,讨论了单个设计变量对转弯特性的影响,基于多设计变量对转弯特性的影响规律对转向机构结构参数进行了优化,得到转向特性与驱动力矩,并与现有结构进行了对比。为今后的牵引转向机构设计提供了参考依据。     

燃料电池无人机能源管理与飞行状态耦合

开展了燃料电池/锂电池（简称燃锂）混合动力无人机的能源管理与飞行状态耦合研究。综合顶层飞行任务规划与底层能源系统管理，以动力系统模型为耦合点联立能源系统与无人机运动方程，建立能源状态与运动状态耦合模型。针对燃锂混合最紧密的爬升过程，以迎角、转速和燃料电池的放电功率作为控制变量，建立了燃料消耗最小的能源管理与航迹规划耦合最优控制问题，研究不同爬升高度对最优控制过程的影响，并与模糊控制能源管理策略进行对比分析。针对大功率短时爬升和小功率长时巡航的典型任务特点，建立了燃锂最优混合问题。研究了最优的锂电池容量和燃料电池功率水平的混合量，以及爬升和巡航两阶段最优功率分配和飞行状态，分析了不同巡航目标高度对最优混合量和飞行状态的影响。结果表明：采用能源与航迹耦合的最优控制策略在给出最优功率流分配的同时，能够很好地兼顾飞行状态控制；对燃锂混合和飞行状态的综合优化可以有效地处理爬升和巡航阶段的能源需求矛盾，在给出最优燃锂混合量和飞行状态的同时，降低整个任务过程的燃料消耗。     

飞机地面操纵转弯半径和转弯速度计算方法研究

对于具有前轮操纵系统的飞机 ,本文给出了飞机地面操纵转弯半径和转弯速度的计算方法 ,并分析了飞机地面操纵转弯半径与转弯速度之间的关系     

变循环发动机对战斗机任务性能影响计算研究

为了研究战斗机任务性能模型的可行性,以战斗机为研究对象,假设其安装变循环发动机,以F-22战斗机机内燃油和带副油箱的任务性能为标准结果,考虑全部的飞行过程,对所建立的模型进行可行性验证。结果表明:计算得到的F-22战斗机内燃油和带副油箱任务性能与文献中的标准结果十分接近,误差分别为0.76%和0.24%;假设的变循环发动机使得加速及超声速飞行等涡喷模式的耗油率降低20%,亚声速巡航航段涡扇模式的耗油率降低25%,变循环发动机能够使战斗机的转场航程增加27.2%,亚声速截击任务剖面的作战半径增加29.1%。本算法具有一定的准确性,可信度较高。     

手工计划模拟CDA燃油的节省

飞机在飞行中,普遍采用的阶梯下降程序,这需要航空器频繁改变推力、增加下降角度和调整高度,这样加大了飞行员和管制员的工作压力,同时对最后阶段飞行的油量也有增加。通过对连续下降进近（CDA）的现状进行分析,给出连续下降进近相对传统进近方式的优势,并结合航空公司手工飞行计划制作的方法及原理对连续下降进近在最后阶段飞行时间和燃油方面的节约进行验证。     

无人机活塞式发动机进排气系统优化

针对一款无人机(UAV)用活塞发动机在飞行转速为6500r/min时扭矩较低以及燃油消耗率较高的问题,提出了一种基于自适应遗传算法（GA）的发动机进排气系统优化方法,进行进排气系统改进设计。使用GT-Power软件搭建了该发动机一维仿真模型,并通过台架试验数据验证模型;基于该模型进行了进排气系统结构参数对扭矩和燃油消耗率的敏感性分析,将进气管长度、直径、空滤器后腔容积和排气管长度作为优化变量,使用Matlab进行自适应遗传算法优化,使用Simulink/GT-Power接口实现数据采集和优化结果反馈。通过台架试验验证了优化结果的准确性。结果表明:在飞行转速为6500r/min时,经过优化后的发动机扭矩和燃油消耗率都得到明显改善,扭矩最大可以提高5.51%,燃油消耗率最大降低6.31%。      

Terminal Sliding Mode Control for Spacecraft Formation Flying

This paper considers the problem of relative motion control for spacecraft formation flying (SFF). Using terminal sliding mode technique, a relative position/velocity tracking control based on the nonlinear model is developed. The presented controller enables rapid formation reconfiguration with feasible fuel cost and strong robustness in the presence of uncertain but bounded disturbances. A nonlinear model with J₂ disturbance and bounded uncertainties is used for dynamic simulation.     

外曲面恒切向数控车削对刀技术研究

介绍一种外曲面恒切向数控车削对刀技术,以刀具刀尖与其转台中心之间的连线正确位于起始切削点的法线方向。     

民用飞机地面转弯时重心侧向过载系数的分析与研究

对民用飞机地面疲劳载荷进行计算分析,对于结构减重和保证飞行安全具有至关重要的作用。根据民用飞机地面转弯时的受载情况,重点分析地面转弯速度与转弯半径的变化关系,并基于现有的地面转弯侧向载荷谱,确定民用飞机地面转弯时的重心侧向过载系数的取值范围。通过对比国外机型的实测数据,给出进行疲劳当量分析时,地面转弯时的侧向过载系数的建议值。