机载拖曳天线动力学建模与仿真

拖曳天线在空中的构型及垂直度是检验天线能否正常发射甚低频信号的主要依据,是设计人员必须着重考虑的因素.通过对其运动状态及其受力进行分析,建立机载甚低频拖曳天线动力学模型.针对其稳态动力学模型,运用Newton-Raphson迭代进行求解,计算出了天线垂直构型和天线的张力分布情况.通过与AD报告计算结果进行比较,证明所建立的动力学模型是可信的.最后分析了空气系数和天线末端质量对天线垂直构型和天线张力分布的影响.     

机载拖曳体动力学建模及分析

在某些航空应用场景,需要通过飞行器拖曳功能性部件完成特定性任务,例如机载拖曳对潜通信天线等,在这些应用中,通过建立科学的模型和方法,准确地分析稳态、动态特性是保证拖曳体正常工作的前提条件。本文以对潜通信天线为例,建立考虑天线气动力、惯性力以及弹性力的多体动力学的机载天线动力学模型,并对该模型的稳态结果进行算例验证;对考虑载机非定常运动以及突风作用等扰动后的天线系统动态响应进行分析,并对天线断裂等极端情况进行评估。结果表明：本文所建立的模型在垂直度、天线张力等方面的分析结果较好,能够应用于航空拖曳体的稳态及动态特性分析,在对潜通信天线、加油管等系统的设计方面有一定的工程价值。     

基于Galerkin法的机载甚低频拖曳天线振动分析

通过对拖曳天线运动状态及其受力进行分析,建立了其动力学模型;针对模型复杂的非线性和耦合性,在考虑天线旋转平衡时构型的基础上,采用Galerkin法研究求解了其末端锥袋的非线性振动。通过仿真并对多阶Galerkin方法截断求解结果进行比较,验证了Galerkin方法求解时的收敛性和可靠性。仿真结果表明,在无风条件下,拖曳天线的末端锥袋振动不会对机载甚低频通信系统的通信质量产生明显的影响。     

周边桁架可展天线展开过程动力学分析及控制

 基于多刚体系统动力学的Lagrange方法,采用独立的Lagrange广义坐标,考虑耗散力、铰链处扭簧的驱动力及索网预张力对展开过程的影响,建立了周边桁架可展天线展开过程的动力学模型,给出了基于力控制的展开过程控制策略,得出了展开过程驱动力的变化与天线位形变化之间的关系,根据所规划好的天线展开运动得出相应的驱动力。编制了仿真程序进行算例分析,研究了初速度、阻尼及重力对天线展开过程的影响,实现了考虑驱动扭簧的刚度、关节中的阻尼、重力及索网预张力影响的周边桁架可展天线展开过程的动力学分析与控制。实验仿真结果验证了该方法的有效性。     

飞翼式微型飞行器飞行动力学特性研究

微型飞行器(MAV)非线性飞行力学特性研究是MAV设计中的一个重要环节。由于MAV具有自身尺寸微小,飞行速度低等特点,其空气动力学低雷诺数效应十分明显。飞翼式MAV的非常规气动布局也使得其飞行力学特性与常规飞行器有很大差异。以低雷诺数风洞实验为基础,研究了飞翼式MAV空气动力学特性,提出了1种针对飞翼式飞行器的动阻尼导数计算方法。在飞翼式MAV飞行速度范围内将其运动方程分段线性化以研究其飞行力学特性数值规律。结果表明,飞翼式MAV各项飞行品质指标与常规飞行器存在很大差异,在整个飞行范围内其飞行动力学特性呈非线性变化规律。本文的研究对实现飞翼式MAV自主飞行控制具有重要意义。     

任意拓扑结构的耦合振荡器阵列及其在共形阵中的应用

提出了一种利用耦合振荡器阵列实现共形相控阵天线波束扫描的新方法。建立了任意拓扑结构的耦合振荡器阵列幅度和相位动力学方程,采用图论的方法分析了稳态相位方程解的唯一存在性和稳定性,通过控制振荡器每个单元的自由振荡频率,对相位进行加权,实现了共形相控阵天线无移相器的波束扫描,最后对圆柱形耦合振荡器阵列天线进行了数值仿真,验证了该方法的可行性。     

通信卫星用先进复合材料天线反射器的分析和实验评价

本文详细介绍了有限元动力学分析法(FEM),用本法来模拟通信卫星复杂的先进复合材材天线反射器的设计,并利用频率、模态形状和动态响应来评价动力学特性。天线反射器对正弦波和燥声引起的响应用与变形、载荷和应力相关的模型来描述。最后的评价包括由所进行的试验中提炼出来的阻尼特性和根据应力分析进行的设计,简要介绍了动力学实验和用实验结果对分析结果进行的校正。     

大型空间可展开天线结构的主动振动控制

利用内置压电元件的主动构件作为作动器,对大型空间可展开天线结构进行了振动主动控制的研究。分析了含压电单元的空间天线结构的振动主动控制的原理和方法,采用独立模态控制法对可展开天线结构实施主动控制。并且基于作动器的模态影响矩阵对作动器进行了优化布置,使其效能达到最大。最后采用LQR方法对结构进行控制,应用Matlab软件对该压电结构进行仿真实验控制。仿真的结果表明,通过振动主动控制明显增加了可展开天线结构的结构阻尼,取得了十分有效的振动抑制效果。     

电流变柔性微致动器致动过程研究

利用电流变液体阻尼阀效应设计了原型电流变柔性微致动器,建立了相应的力学模型,进行了柔性微致动器致动过程实验研究和三维致动过程的计算机图形仿真,并对电流变柔性微致动过程的位移、速度和加速度等运动学和动力学特征进行了分析研究。     

航空齿轮振动的粘弹阻尼控制

本文进行了齿轮振动的粘弹阻尼控制研究, 文中进行了自由阻尼层结构的力学特性分析, 进行了阻尼材料位置与形状大小的优化研究, 以最小的附加质量获得最佳的振动效果。本文还进行了模型齿轮的实验研究, 结果表明, 齿轮辐板振动的粘弹阻尼控制对齿轮的振动有相当满意的控制效果, 表明这一方法是可行的, 也是有进一步研究意义的。      

多片后缘小翼对直升机旋翼桨叶动态失速及桨毂振动载荷的控制

 减缓直升机后行桨叶动态失速发生、降低直升机桨毂振动载荷是提高直升机飞行速度、改进直升机飞行性能的重要途径。本文研究了直升机在高速高载情况下利用多片受控的桨叶后缘小翼对直升机的后行桨叶动态失速和桨毂振动载荷同时进行控制的有效方法。建立了弹性桨叶和后缘刚性小翼的结构动力学模型。桨叶剖面气动载荷采用Leishman-Beddoes 二维非定常动态失速模型计算,后缘小翼剖面气动载荷采用Hariharan-Leishman二维亚声速非定常气动模型计算。采用伽辽金和数值积分相结合的方法求解旋翼系统的气弹响应。建立了有效的多片后缘小翼控制策略和控制方法,分析了3片后缘小翼的运动规律及对后行桨叶动态失速和桨毂振动载荷的控制效果,结果表明利用多片小翼的运动是控制桨叶动态失速和桨毂振动载荷的有效方法。     

某型飞机俯仰方位控制系统设计与仿真

为提高大迎角飞行状态下的战斗机等作战飞机控制系统的稳态精度,改善其控制系统的动态性能,对某型飞机俯仰方位控制系统结构进行改进设计。通过引入积分环节,将其俯仰方位控制系统由0型系统变为I型系统,提高了控制精度及抗干扰能力。通过合理配置俯仰方位控制系统控制规律传动比,对其动态性能也进行了有效改进。仿真结果显示：所设计的飞机俯仰方位控制系统结构合理,控制规律传动比配置恰当,对大迎角飞行状态下的飞机,其控制系统稳定性得到提高,其动、静态性能得到改善。     

后缘襟翼对直升机旋翼翼型动态失速特性的影响

 针对带后缘襟翼的智能旋翼直升机典型襟翼参数对翼型动态失速特性的影响进行了研究。建立了带后缘襟翼的桨叶动态失速模型,考虑了襟翼与桨叶之间的缝隙和襟翼在运动过程中相对桨叶的凸起,采用计算流体力学(CFD)方法,研究了不同襟翼转轴位置和襟翼与桨叶的缝隙情况下的翼型动态失速特性,探讨了后缘襟翼激励幅值、时长和起始时刻对升力和俯仰力矩系数的影响。研究结果表明:后缘襟翼能够较好地改善翼型动态失速时的气流环境,并减缓动态失速发生;襟翼激励最优幅值在25°附近,最优激励范围在方位角为240°~360°之间;襟翼转轴后移导致襟翼运动时产生的凸起会使襟翼控制效果减弱;襟翼与桨叶的缝隙会影响翼型动态失速特性,但是缝隙的长度(弦长的2%以内)对襟翼控制效果的影响很小。     

加力式双转子混合排气涡扇发动机全状态数学建模技术

根据部件法建立了加力式双转子混合排气涡扇发动机全包线稳态数学模型.基于该模型,利用容积动力学原理,建立了起动数学模型.将该原理扩展到慢车状态以上,建立了包括起动、加减速、开关加力、停车等完整过程的全状态动态数学模型.以此为基础,给出了加力式双转子混合排气涡扇发动机在飞行包线内的高度特性.根据加力式双转子混合排气涡扇发动机原理,设计了简单的起动调节规律、加减速调节规律、加力调节规律及停车调节规律;计算了海平面标准大气条件下的从起动、加减速、开关加力、停车的完整动态过程.理论分析与仿真结果表明:该建模方法能够正确完成加力式双转子混合排气涡扇发动机的全包线的稳态计算和全状态动态计算,准确反映了该发动机在整个飞行包线内的全部工作过程.      

非线性气动弹性模型参考自适应控制

 首先将含有前/后缘双控制面二元机翼的动态方程以状态空间形式描述,然后考虑俯仰方向的迟滞非线性模型存在参数不确定性的情况下,利用Lyapunov稳定性理论进行了结构化模型参考自适应控制律设计。仿真结果显示：所设计的控制律能够使开环不稳定的气动弹性系统快速地达到稳定状态。由于最大控制面偏转的存在,来流速度较高时闭环系统仍会发生颤振;根据控制面最大偏转的不同取值,文中给出了闭环临界颤振速度的变化曲线。     

微型涡喷发动机控制算法研究

针对微型涡喷发动机的工作过程,在研究发动机控制规律的基础上,开发了微型涡喷发动机起动过程、加减速过程、稳态过程和停车过程的控制程序;结合微型涡喷发动机的数字电子控制器,采用动态预估自适应滞后补偿控制规律,完成了控制软件设计.发动机地面试车试验表明,该控制程序可满足发动机控制要求.     

后台阶三维缝隙气膜冷却的非稳态数值模拟

为了进一步深入了解涡轮叶片尾缘冷却结构的气体流动情况及冷却特性,在原有稳态计算模型的基础上建立了非稳态的计算模型,研究了不同吹风比下(0.5,2.0)的出口壁面冷却效率的分布情况。计算结果表明:(1)非稳态效应使得出口下游的湍流度增大,非稳态时均冷却效率的计算结果比稳态的要低一些。(2)吹风比为2.0时,二次流对出口附近流动起决定作用,并且冷气的横向掺混充分,主流二次流的上下掺混缓慢;吹风比为0.5时,主流与二次流的上下掺混剧烈,非稳态的计算结果在出口肋后附近的冷却效率比稳态结果有所提高。(3)非稳态的计算结果比稳态的计算结果更接近实验结果。     

某涡扇发动机综合电子调节器动态模型试验研究

通过对综合电子调节器半实物仿真系统的测试，得到了控制器各通道的静态、动态特性数据。采用反向工程试验法，应用控制理论分析辨识，得到了其动态特性的数学模型。特性分析的结果与理论研究相一致，该研究对发动机外场维护及控制器的设计改进有指导意义。