航空发动机动态姿态仿真测试台架设计

为了更真实全面地仿真航空发动机的使用状态,研制了一种用于小型航空发动机整机动态姿态仿真测试的台架。该台 架具有横滚和俯仰2个自由度,可提供位置、速率及摇摆等功能,采用伺服电机带动齿轮组件和蜗轮蜗杆进行驱动,并具备排气装 置。设计结果表明：动态姿态模拟转台速度可达30°/s,加速度可达50°/s2,运动范围为±175°,定位精度实测优于±0.12°;可以任何 位置为中心做正弦、梯形、三角波等形式的运动。该设备的研制可进一步提高地面试验的仿真精度,有利于发动机检测技术的发展。     

双目视觉绳系支撑飞行器模型位姿动态测量

绳牵引并联机器人（WDPR）为风洞试验提供了一种新型支撑方式，可用于多/六自由度风洞复杂动态试验。针对该支撑下飞行器模型的大范围运动，发展了一种基于双目视觉的模型位姿动态测量方法。首先，设计了一种编码合作标志点，合理布置于模型表面，通过图像处理消除绳对标志点成像干扰，进行标志点三维重构；然后，利用绝对定姿算法求解相对位姿初值，且给出了理论误差分析，并基于双目相机重投影误差构建李代数下的无约束最小二乘优化问题，采用L-M算法进行位姿优化；最后，采用该测量系统分别进行了静态和动态精度验证试验，以及大迎角俯仰振荡等3种单/多自由度典型运动轨迹测量。试验数据显示，静态角度和位移测量精度分别优于0.02°/0.02 mm；动态测量时角度精度可达到0.1°量级，位移平均误差为0.4 mm。研究结果表明：设计的双目视觉测量系统是有效可行的，可为后续风洞试验的实际应用提供支持。     

惯导平台加速度计静态多位置模标定方法

为克服传统的惯性平台多位置自标定法的局限性,引入了一种新的标定加速度计误差参数的方法。该方法基于变换后的加速度计输出模型,以输入加速度计的当地重力矢量为观测。仿真实验表明,当平台无转位误差时,零次项标定精度量级达到,比例因子标定精度达到1ppm以内;该方法对平台转位误差不敏感,当平台转位误差白噪声标准差为0.1°,均值小于30°时,误差参数标定结果不受转位精度的影响,降低了对平台稳定回路的控制精度要求。仿真实验还验证了方位失准角对模观测标定结果无影响。     

BTT导弹地形跟踪/地形回避控制器设计方法

针对倾斜转弯(BTT)导弹地形跟踪/地形回避控制任务,在弹体坐标系下建立了导弹的动力学数学模型,将滚转通道独立解耦,俯仰-偏航通道耦合设计;依据H_∞混合灵敏度理论,设计了俯仰-偏航通道过载控制器和滚转通道滚转角控制器;通过六自由度非线性仿真,验证了设计方法的有效性。     

考虑空间机动飞行的直升机尾传动轴建模与临界转速分析

建立了具有普遍性的考虑直升机空间机动飞行的尾传动轴动力学模型.分析了机动飞行对尾传动轴临界转速的影响,发现只有俯仰角速度、偏航角速度、横滚角速度和角加速度4个转动运动分量会影响尾传动轴的临界转速.通过算例着重分析了俯仰、偏航和横滚角速度对尾传动轴前3阶临界转速的影响规律.结果表明:俯仰角速度使尾传动轴的临界转速降低,但只对反进动第1阶临界转速有较大影响;偏航角速度对尾传动轴临界转速的影响效果与俯仰角速度完全相同;正向横滚角速度使尾传动轴的正进动临界转速提高,而使反进动临界转速降低;但对于反向横滚,在以横滚角速度等于某值的分界线之前,横滚角速度对尾传动轴临界转速的影响规律与正向横滚相反,前3阶临界转速变化曲线的分界线对应的横滚角速度分别为1.86,27.41,124.5rad/s.      

大量程纳米分辨率超精密测径仪

提出了一种新型可以测量孔和轴直径的超精密测量仪，该超精密测径仪主要由炫耀光栅和气浮导轨及红宝石探头组成，采用接触式绝对测量方法。介绍了环境温度的控制和减小环境振动的手段，以保证测量的精度和重复性。这种新型测径系统分辨率可以达到1nm,量程范围可达 0～100mm。     

基于PSD的并联微定位平台位姿检测方法

位置姿态（以下简称位姿）检测是研究六自由度定位平台的技术难点之一,为了快速准确测量六自由度并联微定位平台的位姿,验证平台的定位精度,基于多片二维PSD光电位置传感器设计了六自由度光学位姿检测系统。依据几何光学理论,建立了六自由度位姿解算的数学模型。通过仿真计算,该算法可以快速准确解算六自由度定位平台位姿。进一步分析了该模型在考虑存在测量误差时的理论计算误差,结果表明,基于二维PSD位置传感器的六自由度光学位姿检测系统在解算六自由度定位平台位姿的同时,具备较高的测量精度。     

无控飞行器气动参数估值

本文是我们用数值积分法从无控气行器飞行试验数据换算气动系数的总结报告。对于俯仰和偏航静、动导数的换算,文中给出以攻角(姿态角)、过载、角速率为状态参数的三组估值方程组;我们还建立了以角速率为状态参数的静稳定度的估值方程组;为换算法向力导数,我们提出以攻角为状态参数,计及角速率零位漂移,相位迟后,同时对攻角和法向力导数进行状态估值和参数估值的系统鉴定方程组。估值过程采用改进牛顿-拉夫逊的叠代公式并以回归分析提供叠代初值。采用六自由度数字模拟验证了这些算法的正确性和适用范围,以及对遥测仪表测量精度的要求。模拟结果表明本法可用于从飞行试验和风洞实验数据换算非轴对称无控飞行器的俯仰和偏航静、动导数,法向力导数、静稳定度和阻力系数。     

俯仰—滚摆耦合复杂流场试验研究

给出 8 0°三角翼模型在低速风洞中实施俯仰 滚摆耦合大幅度振动的复杂流场测量结果 ,包括静态和动态、单自由度俯仰和滚摆、俯仰 滚摆耦合运动条件下的流动显示结果和强迫俯仰、自由滚摆条件下的滚转角时间历程测量结果。分析了耦合运动对前缘分离涡和气动特性的影响 ,以及不同相位角和不同频率对耦合气动特性的影响。结果表明 ,双自由度的耦合运动比单自由度运动具有更为明显的动态迟滞特性 ,进一步推迟分离涡的破碎 ,推迟开始滚摆的攻角αwr。     

大部件对接中iGPS高精度位姿测量优化设计

 为保证大部件对接位姿测量精度,提高对接测量效率,实现大部件最优位姿装配,提出了基于iGPS测量系统的大部件对接位姿测量优化设计方法。首先,基于iGPS系统测量模型和不确定度模型建立对接测量网络,并对其网络测量精度进行仿真分析,优化设计了对接测量网络iGPS多发射器的布站方式;其次,基于对大部件位姿参数求解模型及不确定度模型的仿真分析,优化设计了调姿基准点的布设方式;最后,对某机型大部件对接进行了位姿测量方式的对比实验。结果表明,经过位姿测量优化设计后,大部件对接测量x、y、z的位置调整不确定度均小于0.16 mm,姿态滚转角、俯仰角和偏航角的角度调整不确定度均小于3.1",相较于未经布站优化设计的测量方式,精度至少提高了20%。由此证明该测量优化设计方案能够高效、高精度地对移动大部件进行实时位姿测量,在有效提高大部件对接位姿测量效率及精度方面是可行的。     

Installation error calibration for MEMS angular measurement system in hypersonic wind tunnel

The accuracy of model attitude measurement has an important impact on wind tunnel test results. Microelectromechanical System Inertial Measurement Unit (MEMS IMU) provides a feasible way to measure model attitudes with high accuracy. However, the installation error between MEMS IMU coordinate system and the body coordinate system of test models can make the accuracy of the model attitude measurement decrease. In wind tunnel tests, the installation error depends on the relationship between the IMU and the model mechanism before tests. Therefore, in-field calibration in wind tunnel tests is necessary to reduce installation errors. To improve attitude measurement accuracy, the least squares quaternion calibration method based on MEMS IMU and six-position calibration procedure are proposed. High-precision three-axis turntable tests are performed. The pitch accuracy after calibration is higher than that before calibration in the angle of attack sweeping tests. The Root-Mean-Square Errors (RMSE) in the roll and yaw are within 0.01°, which are smaller than those before calibration. In the roll sweeping tests, RMSE of three attitude angles decrease significantly. In hypersonic wind tunnel tests, the pitch errors before and after calibration are within 0.05° and 0.02° in the angle of attack sweeping tests without wind. In five angle of attack sweeping tests with wind, the deviation between the mean of the pitch and the pitch after the elastic angle correction is within 0.03° and the standard deviation of five tests is within 0.01°. The proposed method is confirmed to enhance the accuracy of attitude measurement effectively, which is convenient for engineering applications.     

飞行器双自由度耦合振荡的数值模拟方法

针对模拟双自由度(2DOF)运动的"PQR"强迫振荡试验装置,通过坐标变换,将机构运动转化为空间欧拉角进行表示,实现对机构俯仰/偏航、俯仰/滚转和偏航/滚转等3种耦合运动的统一描述,采用预定运动轨迹的动网格计算技术,构造了基于非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程的飞行器双自由度振荡数值模拟方法。围绕某复杂构型飞行器低速流动,在模型迎角10°、滚转角±40°、偏航角±40°振荡预设条件下分别对单自由度偏航、滚转振荡和双自由度偏航/滚转振荡进行了模拟,得到的气动系数迟滞回线在形态和量值上与风洞试验结果吻合,证明当前方法可以作为飞行器复杂耦合运动的一种有效研究手段。针对偏航/滚转耦合振荡,从运动形式和气动特性上与单独偏航、滚转运动进行了对比分析,结果表明,耦合运动在气流角、绕体轴的旋转角速度等方面与单自由度叠加效果不同,力矩系数迟滞回线存在曲线交叉的现象,表现出与单自由度振荡不同的阻尼特性。在当前模拟状态下,偏航/滚转振荡流场以横向分离涡运动为主要特征,可以推测大迎角情况下纵横向分离涡流动结构更加复杂,耦合作用更强,需要进一步在分离流模拟方法上开展研究。     

基于弹道模型的磁测系统偏航干扰误差分析

常规弹丸在使用地磁算法测量滚转角的过程中,常将偏航角设为0°解算弹丸滚转角。当弹丸在飞行过程中偏航角发生变化时,滚转角解算精度受到一定影响。针对偏航角变化带来的误差与多种因素有关,且规律不清楚。在建立偏航角误差系数的基础上,使用Matlab软件建立了弹丸在不同偏航角、俯仰角、射向条件下的误差模型。首先建立了横风修正的质点弹道模型,通过蒙特卡罗方法仿真弹丸的轨迹分布,分析了弹载环境下磁测算法的滚转角误差,并验证了误差系数的准确性。通过仿真验证,误差系数可以较准确地表示滚转角误差与偏航角变化之间的关系,误差系数计算的误差与理论误差的差值小于10%,为后续实弹试验做好理论准备。     

Virtual flight test of pitch and roll attitude control based on circulation control of tailless flying wing aircraft without rudders

Circulation Control(CC) realizes rudderless flight control by driving compressed air jet to generate a virtual rudder surface, which significantly improves low detectability. The layout plan of combined control rudder surface is proposed based on the tailless flying wing aircraft. The closed-loop jet actuator system and stepless rudder surface switching control strategy are used to quantitatively study the control characteristics of circulation actuator for pitch and roll attitude through 3-DOF ...     

低速风洞绳牵引并联支撑系统的机构与模型姿态控制方案设计

首先介绍作为风洞试验中新型"软式"支撑系统的绳牵引并联支撑系统;其次,在给定的设计要求下,依据缩比模型所需运动,探讨绳牵引并联支撑系统的设计原理,并提出详细的设计步骤,得到了一个8根绳牵引的RRPM:WDPSS-8,使缩比为1∶40的F-15E模型可实现的俯仰角达-79°~71°、滚转角达-90°~90°、偏航角达-38°~39°;最后,在建立系统的动力学模型的基础上,采用基于绳长关节空间的驱动力矩控制器的位置控制方案来进行缩比模型的姿态控制,并用Lyapunov函数证明缩比模型在该控制规则下的运动稳定性。     

Simulative technology for auxiliary fuel tank separation in a wind tunnel

In this paper,we propose a simulative experimental system in wind tunnel conditions for the separation of auxiliary fuel tanks from an aircraft.The experimental system consists of a simulative release mechanism,a scaled model and a pose measuring system.A new release mechanism was designed to ensure stability of the separation.Scaled models of the auxiliary fuel tank were designed and their moment of inertia was adjusted by installing counterweights inside the model.Pose parameters of the scaled model were measured and calculated by a binocular vision system.Additionally,in order to achieve high brightness and high signal-to-noise ratio of the images in the dark enclosed wind tunnel,a new high-speed image acquisition method based on miniature self-emitting units was presented.Accuracy of the pose measurement system and repeatability of the separation mechanism were verified in the laboratory.Results show that the position precision of the pose measurement system can reach 0.1 mm,the precision of the pitch and yaw angles is less than 0.1° and that of the roll angle can be up to 0.3°.Besides,repeatability errors of models' velocity and angular velocity controlled by the release mechanism remain small,satisfying the measurement requirements.Finally,experiments for the separation of auxiliary fuel tanks were conducted in the laboratory.     

An experimental system for release simulation of internal stores in a supersonic wind tunnel

Aerodynamic parameters obtained from separation experiments of internal stores in a wind tunnel are significant in aircraft designs. Accurate wind tunnel tests can help to improve the release stability of the stores and in-flight safety of the aircrafts in supersonic environments.A simulative system for free drop experiments of internal stores based on a practical project is provided in this paper. The system contains a store release mechanism, a control system and an attitude measurement system. The release mechanism adopts a six-bar linkage driven by a cylinder, which ensures the release stability. The structure and initial aerodynamic parameters of the stores are also designed and adjusted. A high speed vision measurement system for high speed rolling targets is utilized to measure the pose parameters of the internal store models and an optimizing method for the coordinates of markers is presented based on a priori model. The experimental results show excellent repeatability of the system, and indicate that the position measurement precision is less than0.13 mm, and the attitude measurement precision for pitch and yaw angles is less than 0.126°, satisfying the requirements of practical wind tunnel tests. A separation experiment for the internal stores is also conducted in the FL-3 wind tunnel of China Aerodynamics Research Institute.     

五孔探针的标定技术

实验装置:标定风洞为一个抽吸式风洞,直径Φ100mm,精心设计制造的双曲螺线进气唇口能保证进气流场均匀。进气唇口外部加了一个整流网罩,以减小外部扰动对流场的影响。该风洞的Ma数范围为0.11～0.147。探针耙能在俯仰偏航和上下三个方向运动。而被标定的针头始终处于流场的同一点。相应的度量机构能够以较高的精度测出α,β的值的大小。该风洞流场的品质分别经总压探针、静压探针和热线校测过。      

初始运行条件对空间飞行器飞行影响研究

某试验型微小空间飞行器用于检测空间探测技术,通过对该飞行器运动轨迹及姿态变化的研究,对比分析空间探测技术的实时响应和检测精度。针对发射过程中,扰动会改变空间飞行器自由飞行过程的初始运行条件的问题,建立计及环境因素的空间飞行器轨道动力学和基于欧拉方程的姿态动力学模型,并对飞行器在不同初始运行条件下的运动过程进行数值研究。结果表明:改变初始条件,飞行器运动过程将产生不同程度的变化;入轨初速度越大,飞行器轨道离心率和周期越大;非零发射角将引起轨道偏移和旋转,俯仰发射角主要引起俯仰角变化,偏航发射角主要影响滚转角和偏航角,并且角度越大,幅度越大;自转角速度越大,姿态角变化越小。