一种低速风洞虚拟飞行试验装置的建模与仿真

为实现大角度范围、多自由度的机动动作模拟,研发一种低速风洞三自由度动态试验支撑机构,可模拟绕速度矢滚转机动动作以及失速偏离、尾旋等危险飞行状态。该机构通过两自由度转台和旋转曲杆的组合运动模拟飞机模型的三轴姿态变化。基于多体动力学理论,采用拉格朗日乘子法推导出该机构曲杆-飞机模型的动力学数学模型;模型中考虑了机构与试验模型的约束关系、机构摩擦力矩的影响。仿真结果表明:采用该支撑机构,飞机模型可在水平风洞中实现绕速度矢量滚转等典型机动动作;曲杆和试验模型的滚转运动基本同步;曲杆主要影响速率响应的动态过程,摩擦力矩对速率的动态过程和稳态值有一定影响。以上数学建模和仿真验证可为风洞试验提供理论依据。     

风洞虚拟飞行模型机与原型机动力学特性分析

在低速风洞虚拟飞行试验系统中,采用三自由度（3-DOF）球铰支撑动力学相似缩比飞机模型,在气动力矩作用下试验模型可绕质心自由转动。这种带约束的运动与具有六自由度（6-DOF）的真实大气飞行存在差别,鉴于此,对各影响因素逐个剖离并进行了数值模拟和对比分析。结果表明：位移约束使两者间的动力学特性产生较明显的差异,缩比的影响符合相似准则规律,机构摩擦、模型重心与支撑点不重合影响较小,常值干扰力矩对模型的初始响应有一定影响。对比分析结果可以用于指导风洞虚拟飞行试验的开展,并有助于完善风洞虚拟飞行试验技术及其拓展应用。     

大型民用飞机尾旋运动的系统辨识研究

为了研究某常规布局大型民用飞机的尾旋特性，首次利用一个满足动力相似的缩比模型在Ф5m尾旋风洞中进行研究试验，利用机载传感器所采集的模型运动参数来研判飞机模型的尾旋特性。目前，对于此类飞机模型尾旋运动中所承受的气动力矩研究还十分缺乏，以飞机模型尾旋试验结果为基础，采用飞机六自由度运动学方程来还原模型在尾旋运动中所承受的气动力矩系数，同时利用常规风洞测力试验结果来检验所还原的气动力矩系数的可靠性。进一步采用多元高次方程对模型尾旋运动进行了系统辨识研究，建立了能辨识飞机在尾旋运动条件下的气动力矩系数的数学模型，成功的辨识了重要的气动力系数的导数(Cmα,Cmδe,Cmq,Cnβ,Cnδr,Cnr,Clβ,Clδr,Clp)，与相关参考值比较显示其结果具有较高的可信度。     

立式风洞尾旋技术改进及试验验证

为降低立式风洞尾旋试验系统对飞机自由尾旋试验结果的影响,开发了一套适用于尾旋模型的舵面遥控系统、优化了模型悬挂系统,研究了悬挂系统对飞机尾旋特性的影响。研究结果表明：研制的模型操纵面控制系统具备任意操纵面组合偏转的能力,可以满足飞机尾旋试验要求;悬挂系统各部件重量和外形变化对旋转角速度略有影响,对飞机尾旋迎角、尾旋改出方法、尾旋改出圈数等影响很小。     

飞机螺旋运动测量技术的发展

立式风洞是研究飞机尾旋与尾旋改出的特种设施。由于尾旋试验模型的大小受限于风洞的试验段尺寸和流场的边界条件,较难在模型内部安装测量系统,早期均采用外部系统对处于螺旋运动状态的飞机模型姿态进行捕捉、辨识,进而分析飞机的尾旋特性与改出特性。随着材料科学、智能加工技术和信号传输技术的发展进步,测量系统向模块化、微型化和超微型化发展,使得测量机构能够安置于飞机模型的内部,这样不仅可以实时测量数据并记录,不需要到试验后才进行判读和辨识,而且所测量的数据更加完整。     

大型民用飞机偏离特性与尾旋敏感性分析

为了研究某常规布局大型民用飞机的偏离特性与尾旋敏感性,在CARDC的FL-14水平风洞(Φ3. 2m)中进行了飞机模型的大迎角静态测力试验。通过对试验结果的充分挖掘,利用一系列的稳定性判据进行分析,获得了飞机的大致初始偏离迎角和偏离区间,并预测了飞机的尾旋敏感性。     

立式风洞与立式风洞试验

尾旋是飞机的一种非正常的复杂旋转飞行状态,飞机尾旋研究在航空工程中属于比较冷门的专业。立式风洞是专门进行飞机尾旋研究等特种试验的风洞设施,这种风洞在飞机研发过程中与常规风洞相比使用率较低。对立式风洞和立式风洞试验进行简要的回顾和阐述,为相关飞机型号设计单位进行立式风洞试验、研究飞机尾旋特性与改出特性提供参考。     

重心位置与操纵面对尾旋特性的影响

影响飞机尾旋特性的因素是多方面的,诸如气动特性、惯量特性等对尾旋特性都有很大的影响。本文主要通过模型自由飞试验的一些结果分析了重心位置的变化及操纵面的偏转对尾旋特性的影响。通过对试验结果的综合分析得到的结论是:重心位置的弦向(纵向)变化对飞机尾旋特性的影响是不够显著的,而重心的横向变化对尾旋特性的影响则是十分显著的。方向舵、升降舵等操纵面对尾旋特性的影响也是十分明显的。特别值得指出的是升降舵在尾旋中的影响是与操纵时机有关的,在改出尾旋时若不掌握推杆的时机则可能导致相反的结果。     

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置研制

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置是为开展飞机尾旋特性研究而研制的重要基础设备,主要用于测定模型在绕风轴以不同速率作等速旋转状态下的气动特性,为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动参数。该装置采用双立柱弧形轨结构形式,采用网络一体化试验管理和控制模式,不但能够开展旋转天平试验,而且还具备动导数试验、大迎角试验、旋转/振荡耦合试验等功能。主要介绍旋转天平试验装置系统组成和设计,分析了引导性试验结果,最后给出了结论。     

飞机失速/尾旋特性飞行仿真方法研究

针对飞机失速/尾旋特性飞行仿真中的一些关键问题,包括气动力建模、风洞试验数据使用和飞行动力学模型建模等,提出了相应的解决方法 :采用多维数据组形式的非线性气动力模型建模;对于组合舵偏的旋转效应的附加气动力,采用单舵偏叠加的方法得到风洞试验数据;飞行动力学模型必须采用六自由度仿真模型等。将这些方法应用于某算例飞机并进行了飞机的失速、尾旋仿真计算,仿真得到的失速、尾旋进入和改出方法同自由飞试验的进入和改出方法吻合,表明该方法可以应用于工程仿真。     

双框架MSCMG框架伺服系统的动力学解耦及扰动补偿

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几何法与扩张状态观测器(ESO)相结合的高精度控制方法,在线性化解耦的基础上对残余耦合、牵连力矩及非线性摩擦进行观测补偿以提高框架伺服系统解耦及速率跟踪性能。仿真结果表明、由耦合力矩引起的内、外框架速率波动最大值分别从0.18(°)/s和0.12(°)/s减小到5×10^-3(°)/s和4×10^-3(°)/s,内、外框架正弦角速度跟踪误差分别从0.18(°)/s和0.19(°)/s减小到0.005(°)/s和0.004(°)/s。所提出的方法实现了框架伺服系统的动力学解耦以及非线性摩擦和牵连力矩的补偿,提高了框架系统的解耦性能和速率伺服精度。     

风洞虚拟飞行试验模拟方法研究

风洞虚拟飞行试验是把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上,让三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求实时操纵控制舵面,来实现较为逼真的模拟飞行器真实机动运动过程,进而达到探索其气动／运动耦合机理的目的。发展风洞虚拟飞行试验,其模拟方法是必须要解决的核心理论问题。针对某典型导弹,开展了铅垂平面内三自由度俯仰运动的开环控制和闭环控制飞行仿真模拟,分析了风洞虚拟飞行试验和真实飞行之间的主要差异及其影响,研究了风洞虚拟飞行试验的模拟方法。结果表明：对铅垂平面内的三自由度俯仰运动,采用俯仰角速度反馈的经典三回路自动驾驶仪闭环控制方式,风洞虚拟飞行试验能够较为逼真地模拟真实飞行过程。     

平面三连杆欠驱动机械臂谐波函数控制方法

对一种平面三连杆欠驱动机械臂的稳态周期运动进行了理论分析和计算仿真,发现对于确定的欠驱动机器人系统,给系统中的主动关节施加合适的控制,被动关节出现一种"螺旋运动",而且螺旋运动速度与输入振幅和频率有关。在此基础上提出两种欠驱动机械臂位置控制的谐波函数控制方法,通过仿真验证了这种控制方法的有效性。     

重心位置对不同布局飞机尾旋特性的影响

为了研究某大型民机重心位置轴向变化对其尾旋特性的影响,在尾旋风洞中进行了飞机模型的尾旋特性研究试验,试验结果表明在前重心条件下,模型旋转更加明显,尾旋情况更为严酷。同时展示了重心位置轴向变化对鸭式布局飞机和高平尾尾吊发动机布局飞机的影响,并进行了对比分析。此外,还研究了重心位置横向变化对常规布局大型民用飞机尾旋特性的影响。     

Modeling and Optimal Design of 3 Degrees of Freedom Helmholtz Resonator in Hydraulic System

Three degrees of freedom (3-DOF) Helmholtz resonator which consists of three cylindrical necks and cavities connected in series (neck-cavity-neck-cavity-neck-cavity) is suitable to reduce flow pulsation in hydraulic system. A novel lumped parameter model (LPM) of 3-DOF Helmholtz resonator in hydraulic system is developed which considers the viscous friction loss of hydraulic fluid in the necks. Applying the Newton’s second law of motion to the equivalent mechanical model of the resonator, closed-form expression of transmission loss and resonance frequency is presented. Based on the LPM, an optimal design method which employs rotate vector optimization method (RVOM) is proposed. The purpose of the optimal design is to search the resonator’s unknown parameters so that its resonance frequencies can coincide with the pump-induced flow pulsation harmonics respectively. The optimal design method is realized to design 3-DOF Helmholtz resonator for a certain type of aviation piston pump hydraulic system. The optimization result shows the feasibility of this method, and the simulation under optimum parameters reveals that the LPM can get the same precision as transfer matrix method (TMM).     

飞机舱盖重心位置对舱盖抛放轨迹影响的数值模拟

 通过求解雷诺平均N-S方程,应用嵌套动网格技术结合6-DOF运动方程,成功实现了F/A-18C战机的座舱盖抛放轨迹的数值模拟。同时,分析了座舱盖重心位置的不同对舱盖飞行轨迹和飞行姿态的影响,得出F/A-18C战机座舱盖的重心后移能缩短抛放时间,优化飞行轨迹的结论。     

Precise Attitude Stabilization of a Large Orbiting Telescope Coupled to a Crew Compartment

Computer simulation results are presented for the planar equations of motion of an attitude-stabilized orbiting telescope passively coupled to a manned service module. This coupling is provided through a set of soft springs and a two-axis gimbal aligned with the telescope center of mass. Principal nonlinearities in the suspension system and the telescope control system are included. The simulation indicates preliminary nary feasibility of this operational mode.     

中心进气转静系转盘风阻扭矩数值模拟

采用计算流体力学(CFD)商业软件CFX从流动参数及几何结构两个方面对中心进气转静系盘腔内转盘风阻扭矩特性进行了数值模拟研究,同时搭建一个转盘风阻扭矩实验台测量自由盘风阻扭矩.中心进气转静系转盘风阻扭矩与经典经验公式进行了对比,结果表明:利用数值模拟方法,得到的无量纲扭矩系数与经典经验关系式计算得到的数据总体相差小于10%,利用湍流参数来表征转盘转速以及叠加流流量,对于分析转盘风阻扭矩非常便利.利用湍流参数定量分析时需注意叠加流以及转速的量级同样影响着风阻扭矩的数值.几何结构对于风阻扭矩也有影响,但相比流动参数影响较小.      

六自由度电动平台电动缸附加运动误差量化分析

六自由度电动平台通过六个电动缸的协调伸缩和旋转运动,结合上下铰链的两自由度转动,实现上平台在三维空间的六自由度运动.由于电动缸通过螺旋副实现缸杆的直线运动,其直线运动与旋转运动之间存在螺旋关系,因此缸杆相对于缸筒的被动转动会引起缸杆的附加直线运动,从而对六自由度电动平台的位姿精度产生影响.针对六自由度电动平台进行了运动学分析.在此基础上进一步计算了电动缸在平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动引起的误差进行了量化分析.仿真结果表明,在六自由度电动平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动误差达到毫米数量级,将会对平台的位姿精度产生显著影响.对于高精度运动平台来说,必须研究补偿算法对其进行补偿.