高空长航时太阳能无人机总体设计要点分析

高空长航时（HALE）太阳能无人机（UAV）的基本工作原理与常规动力飞机相比有显著的区别,体现在飞机总体设计方法上有其独到之处,方案设计中还需要对一些关键技术细节进行认真权衡。阐述了高空长航时太阳能无人机总体设计中遵循的重量不变和能量平衡原则的机理,同时从太阳能无人机巡航平飞功率需求、布局形式选取、飞行剖面优化和临近空间使用环境影响等方面出发,研究了太阳能无人机总体设计中的若干注意事项,主要结论可用于高空长航时太阳能无人机总体设计和方案优化。     

基于广义多项式混沌展开的无人机飞行性能不确定性分析

无人机飞行性能的不确定性分析有助于评估不确定性对无人机飞行任务规划的影响,为飞行任务方案的鲁棒性设计提供支撑。基于广义多项式混沌展开方法,建立了无人机飞行性能不确定性近似分析模型,利用样本实现了无人机性能多项式系数的非侵入式计算,研究了无人机状态在不确定条件下的非线性演化。在考虑初始条件、大气环境和气动参数存在不确定性的情况下,量化了不确定性对无人机性能的影响。数值分析结果表明,相比于传统的需要大量仿真样本的蒙特卡洛分析方法,提出的非侵入式展开方法在具有较高近似精度的情况下,仅需要少量的样本就可以完成无人机性能的不确定性分析,具有较高的计算效率。     

基于模糊优化模型的对空防御作战指挥决策研究

多目标模糊优化决策作为一种较新的方案选优方法,其多目标模糊决策所得的相对优属度有更大的离散性,易于决策方案选优,通过模糊优化决策建模分析,对现代防空作战打击目标决策进行比较排序,根据综合评判结果,得出最优决策方案,可为指挥员进行科学决策提供参考依据.     

航空发动机客户需求与技术措施重要度量化评估应用研究

现有的民用航空发动机客户需求重要度的量化评估方法不符合民用航空发展稳中求进的需要。采用Kano 模型和质量功能展开（QFD）方法，提出一种客户需求技术措施重要度量化评估改进算法与技术措施重要度量化评估方法，增加客户需求重要度调整系数中基本型需求的比重，将客户需求进行重要度量化评估并转化为可量化的发动机产品和服务的技术措施，完成技术措施的优先级排序；给出民用航空发动机运行支持体系、换发设备开发的应用案例。结果表明：客户需求重要度量化评估改进算法与技术措施重要度量化评估方法能够在发动机产品和服务研制过程中更加科学有效地进行资源分配与决策，提升产品市场竞争力。     

航空发动机低温壳体设计需求分析与指标确定策略

航空发动机的低温壳体在使用时需要满足相应的强度、刚度指标及质量要求。对发动机低温壳体在不同应用环境下进行定量需求分析以明确设计目标。通过QFD质量功能展开工具逐层分解客户需求、定位功能和物理参数,分析功能的重要性。通过模糊数学中的最大隶属度模糊评价原理,分析多种方案的适应性,得出定量分析结果,避免以往依靠经验和类比的不确定性。对优选的概念方案进行风险分析,识别重点失效模式并采取预防措施,获得设计关注的技术指标。实例分析结果表明:采取多种数理分析方法和实用工具对需求分析、方案决策、风险预估3个方面进行的方法研究和设计实践,有利于提高低温壳体的方案设计方法的科学性,具有一定的参考价值。     

太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究

针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动的能源管理策略;建立了能源系统模型,给出了能源控制流程,开发了能源管理仿真平台。以1.5 kg任务载荷为例,完成了无人机总体方案设计,仿真分析了各种能源特性对飞行结果的影响。结果表明:能源管理策略能够根据任务剖面的要求合理配置能源系统的功率,满足各阶段的功率需求;无人机在冬至日航时为21 h、夏至日可实现跨昼夜飞行;在能源系统重量相同情况下,该混合能源无人机的航时分别是纯锂电池无人机和燃料电池无人机的5.5倍和1.2倍。     

改进集对分析的多属性决策方法在通信干扰目标威胁排序中的应用

针对属性值以区间数形式的模糊多属性决策问题,提出了基于集对分析理论的综合理想方案决策方法。该方法将集对分析理论的应用范围从精确实数域拓展到模糊区间数域,在承认不确定性因素的情况下,对各个方案与正理想方案和负理想方案所组成的区间型集对进行了分析,得出同异反联系数,以γ准则为依据实现了模糊多属性决策。通信干扰目标威胁排序的实例计算表明,该方法是处理模糊多属性决策问题的一种有效方法,同时为通信干扰目标威胁排序提供了一种新的方法。     

基于模糊语言变量的航空项目研制风险决策分析

分析了航空项目研制风险中一系列影响技术风险的相关因素.针对其风险决策过程中的不确定性,提出了基于模糊语言变量的评价决策分析方法.通过模糊风险语言术语集的建立,由决策者对研制方案给出模糊语言判断矩阵,使用EOWA算子进行集结,并求得方案中技术风险的语言标度,对方案进行择优排序,提高了航空项目研制风险决策的准确性和可操作性,对最终的风险管理具有重要意义.     

Study on Conceptual Selection for Provision of Trainers in Primary and Intermediate Training Stage

为了在初/中级教练机装备方案决策中体现出训练需求,选用质量功能展开的方法对其进行了分析.先利用比较矩阵确定训练需求重要度,建立训练需求与能力属性之间的QFD关系矩阵,得到不同能力属性的重要度,最后计算出个方案的能力属性值,通过线性加权计算将属性值反映到不同方案对于训练需求的满足程度上来,得出了量化分析的结果,为教练机装备决策方法研究提供了一个新思路.     

恶劣气象条件对无人机飞行航迹的威胁评估

分析了影响无人机飞行的恶劣气象条件的特征和特性,建立了恶劣气象条件的模型;确定了各种恶劣气象条件的威胁因子和威胁度,通过定量分析和采用模糊决策算法对综合威胁评估模型进行了计算,得到了综合威胁权重指数;利用实例对评估模型进行了验证。结果表明,该模型能客观反映恶劣气象条件对无人机的威胁程度,可依此判断无人机航迹的优劣。     

太阳能无人机高效螺旋桨气动设计

太阳能无人机“超高空、超长航时”的设计方向给螺旋桨的气动设计带来了极大挑战。本文根据某太阳能无人机总体方案,使用多点多目标优化方法改进设计了桨叶翼型,合理布置叶宽分布与桨距,设计出低雷诺数工作环境下的高效螺旋桨,并且在全包线范围内保持较高的气动效率。利用叶素理论对该设计方案进行了性能评估,结果显示在巡航状态下,该螺旋桨的工作效率达到85%以上,各项指标满足设计要求。     

超长航时太阳能无人机关键技术综述

超长航时太阳能无人机（UAV）以其高效节能、原理上可实现无限巡航的特点受到广泛关注，而其独特的设计指标与任务特性也对各项关键技术提出了较高要求。多设计要素的高度耦合意味着不同于常规飞行器的总体设计方法，低密度、低速度的飞行条件使其具有明显的低雷诺数气动特性，柔性超大展弦比机翼带来了复杂的气动弹性问题，低翼载荷特性与较大的风场扰动增加了控制难度，极端的飞行环境与苛刻的任务指标对能源、动力系统带来了新挑战，飞行性能对能源系统的高度依赖开辟了飞行轨迹优化的研究方向。本文梳理了超长航时太阳能无人机关键技术的研究现状，在此基础上对各项技术中的难点问题进行了阐释，并对超长航时太阳能无人机未来发展趋势进行了展望。     

活塞发动机高空动力恢复方法的探索

分析了新一代无人机动力的发展, 针对小型无人机的活塞式动力装置的性能特点, 提出了一种小型无人机二级增压系统匹配的高空实现方法.并对发动机的高空性能进行了初步分析, 验证了方案的可行性, 为高空无人机动力装置提供了设计依据.      

活塞发动机高空动力恢复方法的探索研究

本文分析了新一代无人机动力的发展,针对小型无人机的活塞式动力装置的性能特点,提出了一种小型无人机二级增压系统匹配的高空实现方法。并对发动机的高空性能进行了初步分析,验证了方案的可行性,为高空无人机动力设计提供了设计依据。     

Aircraft robust multidisciplinary design optimization methodology based on fuzzy preference function

This paper presents a Fuzzy Preference Function-based Robust Multidisciplinary Design Optimization (FPF-RMDO) methodology. This method is an effective approach to multidisciplinary systems, which can be used to designer experiences during the design optimization process by fuzzy preference functions. In this study, two optimizations are done for Predator MQ-1 Unmanned Aerial Vehicle (UAV): (A) deterministic optimization and (B) robust optimization. In both problems, minimization of takeoff weight and drag is considered as objective functions, which have been optimized using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA). In the robust design optimization, cruise altitude and velocity are considered as uncertainties that are modeled by the Monte Carlo Simulation (MCS) method. Aerodynamics, stability and control, mass properties, performance, and center of gravity are used for multidisciplinary analysis. Robust design optimization results show 46% and 42% robustness improvement for takeoff weight and cruise drag relative to optimal design respectively.     

多太阳能无人机覆盖路径优化方法

为解决传统电动无人机在覆盖作业时存在的续航时间短的问题,提出应用多架太阳能无人机进行覆盖作业。首先,在建立了应用于覆盖作业的太阳能无人机的能量模型的基础上,提出了能量流动效率这一指标来评价太阳能无人机在作业过程中对能量的利用率。其次,针对边界存在障碍物的凹多边形区域和内部含障碍物的多边形区域,以总作业完成时间最短为优化目标,提出基于无向图搜索方法的覆盖路径优化模型,定义约束方程限制无人机按照一定规则访问无向图中的节点,通过混合整数线性规划的方法求解每架无人机的最优飞行路径。再次,考虑无人机转弯时的姿态变化对能量流动效率的影响,将总作业完成时间最短和总能量流动效率最高同时作为优化目标,建立双目标优化方程,在首先以作业时间最短为优化目标进行求解的基础上,通过有限遍历的方式选择使能流效率和作业时间相对最优的覆盖飞行方向及飞行路径。大量仿真实验表明,所提的优化模型选取不同的优化目标,应用于不同形状的待覆盖区域,适用性广,在工程上应用范围广、可行性强。     

Full mode flight dynamics modelling and control of stopped-rotor UAV

The Stopped-Rotor (SR) UAV combines the advantages of vertical take-off and landing of helicopter and high-speed cruise of fixed-wing aircraft. At the same time, it also has a unique aerodynamic layout, which leads to great differences in the control and aerodynamic characteristics of various flight modes, and brings great challenges to the flight dynamics modelling and control in full-mode flight. In this paper, the flight dynamics modelling and control method of SR UAV in full-mode flight is studied. First, based on the typical flight profile of SR UAV when performing missions, using the theory and method of fuzzy mathematics, the T-S flight dynamics model of SR UAV in full-mode flight is established by synthesizing the flight dynamics model of each flight mode. Then, an explicit model tracking and parameter adjusting control system based on fuzzy theory is designed to enhance the stability of the inner loop of SR UAV in full-mode flight, which effectively reduces the coupling between axes and improves the control quality of the system. Finally, the outer loop control system is designed by using classical control method, and the control law of SR UAV in full-mode automatic flight is obtained. The simulation results show that the proposed control system design method is feasible and effective, which lays a solid foundation for the subsequent engineering implementation of the SR UAV.     

动力效应对民机高速抖振特性影响数值研究

民机的高速抖振通常是由机翼上激波诱导的分离所致,而发动机动力效应可能会对机翼上激波的强度带来明显影响.基于经过TPS标模及DLR-F6标模算例验证的、在多块结构化网格系统上求解雷诺平均N-S方程的数值方法,结合通过定常计算结果判定抖振发生原因及起始升力系数的方法,研究发动机动力效应对某民机巡航构型高速抖振特性的影响.结果表明:动力效应给基于通气短舱设计外形的高速抖振特性带来了不利影响,使其抖振起始升力系数降低约1.3％总升力系数.     

垂直起降固定翼无人机技术发展及趋势分析

垂直起降固定翼无人机具有对起降场地要求低、机动性好、巡航速度高、航时长等优势,是目前航空领域研究热点。本文阐述了国内外现有垂直起降固定翼无人机研究现状和基本特征,详细分析了不同类型垂直起降固定翼无人机的技术特点,提出更高的飞行速度、更长的续航时间、更强的任务载荷能力将是未来垂直起降固定翼无人机技术的主要发展方向和必然趋...