直升机总体参数优化设计

根据直升机的飞行性能、稳定性、发动机和重量的要求,建立优化的分析模型,应用计算机和最优化技术求解,得到满足直升机设计准则的最佳总体设计方案。本方法也可用于对已有型号的总体参数分析和参数敏感性分析。通过算例和新机设计中的应用表明,本方法对直升机总体参数选择是行之有效的。     

电动直升机概念设计与分析

根据当前电池与电动机特性分别建立适合电动直升机的能源与动力系统数学模型,提出满足电动直升机的3种能源方案,构建出一套适合电动直升机概念设计的总体参数选择与优化方法,并结合任务剖面需求对采用3种能源方案的电动直升机展开总体参数的选择与敏感性分析。受当前电池技术水平发展,电动直升机的久航性能与燃油动力直升机相比有较大差距。通过参数敏感性分析方法得出,电动直升机具有与燃油直升机不同的设计特征,电动直升机应结合动力及能源系统特征进行针对性设计。     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。     

飞机结构初步设计优化中的损伤容限优化方法研究

本文提出并研究了一种在飞机初步设计阶段考虑损伤容限要求优化设计的方法.首先,通过许用应力形式来体现并表征损伤容限设计要求,作为一类新的设计约束,用于初步设计阶段的结构优化设计.然后,通过Global/local分析,在整体优化设计中考虑局部疲劳需求;根据疲劳寿命要求,用裂纹扩展分析程序AFGROW确定了一个新的强度准则...     

基于自抗扰控制的共轴直升机姿态控制律设计

以某型共轴双旋翼无人直升机作为研究对象,对无人机返航进场与降落着舰阶段的抗扰动问题进行研究。针对海上着舰环境下的外界干扰与不确定性问题,选用自抗扰控制器设计共轴直升机姿态控制律,以提高共轴直升机对外部扰动的抗扰性能。针对自抗扰控制律调整参数过多问题,设计改进粒子群算法进行自动参数优化。仿真结果表明:改进粒子群算法能够显著提高参数整定速度,且精度更高;优化参数后的自抗扰控制律在强干扰环境下具备良好的动态响应与鲁棒性。     

基于遗传算法的直升机总体优化设计

遗传算法是一种可以混合整型、离散型和连续型变量一起使用的新兴优化算法，在单或多目标带约束优化设计领域有广阔的应用空间。本文在算例中采用与先验法相结合的遗传算法，以总体参数为设计变量，飞行性能和结构要求为约束条件，换算生产率为目标函数，并使用罚函数法处理成无约束的适应度函数，建立优化设计模型。对本文算例计算结果进行分析，可以使遗传算法更好地应用到直升机优化设计领域。     

抑制直升机“地面共振”的优化设计

 本文研究抑制直升机“地面共振”的设计问题,根据控制理论中极点区配置与优化设计思想,提出了满足预定要求的系统刚度与阻尼参数的优化设计方法,并根据直升机“地面共振”的基理,提出了有效的设计方案。本文还以常见的三种计算模型作为算例,结果都是满意的。     

基于仿生的适于特殊地形的直升机起落架设计

现阶段直升机起落架主要采用轮式起落架和滑撬式起落架,由于机动性和灵活性较差,导致直升机起降时对地面的平整度及坡角要求较高,在遇到某些特殊地形如乱石滩、斜坡坡度较大地带可能面临无法正常起降这一困难。本文受某些仿生无人机起落架设计启发,提出了一种新型直升机起落架的设计方法,此种起落架采用三立柱支撑结构,主体是三个位于机身底部的液压伸缩支撑杆,在直升机降落时杆端的传感器与主控配合来动态控制支撑杆的伸缩长度。此种起落架通过控制每根液压杆伸缩不同的长度来适应不同环境下的崎岖地形,使直升机在乱石滩及大坡度地面起降成为可能。经过设计举例及受力分析,得出本设计方法在工程上是可以实现的,并且在直升机抗震性能的提升方面也有一定作用。     

基于六西格玛设计及改进遗传算法的直升机优化设计

本文研究了六西格玛设计方法和改进的遗传算法,并应用该设计方法对直升机总体参数进行了优化设计。采用优化设计后获得的直升机设计方案,由于受许多不确定性因素的影响,最后付诸实现时并不能保证得到像预先优化设计方案那样的结果。在改进的遗传算法实现最优化设计的同时进行六西格玛设计,可提高优化设计结果的可靠性和鲁棒性。本文以CH-47D纵列式直升机为优化算例,优化效果良好,结果可靠,表明本文方法切实可行。     

直升机技术发展现状与展望

 简单回顾了直升机技术发展的历程和技术特点,介绍了直升机的技术进展,最后展望了新世纪直升机设计技术的发展趋势。     

民用直升机电传飞控系统适航专用条件分析

先进电传飞行控制系统能够在很大程度上提升民用直升机的操纵性与稳定性,但这种新颖设计给安全性的评估带来了巨大挑战。传统的适航条款可能无法完全覆盖电传飞控直升机的设计特征,需要制定相应的专用条件来判断直升机设计是否满足适航要求。本文围绕直升机电传飞控系统结构交联、操纵权限感知、飞行机组告警、飞行包线保护、指令信号完整性五种专用条件,指出专用条件关注的技术内容;说明条款制定的背景和意义,给出现有的符合性方法及验证技术,并提出直升机电传飞控在型号论证和设计过程中的关键技术问题。本文研究可为民用直升机的适航设计与审定提供一定参考。     

直升机热管理与红外辐射特性耦合分析方法

未来高性能直升机面临提高能量利用率和抑制红外辐射特性的重大挑战,迫切需要协同解决这两个问题,需要从整机层面探究热管理和红外辐射特性耦合机制,建立耦合分析方法。直升机红外辐射特性不仅受到旋翼下洗流场、前飞流场和环境等外部因素的影响,还受到各子系统部件的工作状态、机身表面的散热口布置和红外抑制器的设计等热管理优化方法的影响。因此,直升机热管理问题和红外抑制问题是强相互耦合,必须统筹考虑。从直升机整机系统的结构特点、系统工作原理和能量平衡关系出发,基于热/质流产生、收集传输、储存利用和传热关系,分析直升机整机系统框架和传热平衡关系,建立以系统部件为内部边界条件、外环境为外部边界条件的整机耦合传热模型;通过对内外部热量的统筹调控与管理,提出热管理优化方法,实现既保障各系统安全高效工作、又提高整机能量利用率,优化红外辐射性能的目的。该模型和方法能为直升机综合热管理的方案设计和红外抑制方法提供支撑。     

直升机飞行载荷应用探讨

直升机载荷在结构设计和验证中起着关键性的作用。90年代以来,直升机的飞行载荷测量技术得到了飞速发展,使全面获得各型号的飞行载荷成为了可能。基于飞行载荷实测数据,从飞行载荷与旋翼构型的关系、影响飞行载荷的因素、状态载荷的分布规律,以及飞行载荷与故障的相关性等几方面对如何拓展飞行载荷的应用范围进行了初步探讨,为充分发挥飞行载荷历史数据在新机研制的设计、试验和试飞验证中的作用提供思路。     

基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计

提出了一种改进的无人直升机H_∞回路成形鲁棒控制器设计方法。首先将系统辨识技术引入到无人直升机高带宽控制器设计,根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应,依据频率响应拟合待辨识模型得到无人直升机高精度的飞行动力学模型。然后根据该模型,采用改进的H_∞回路成形方法设计了无人直升机内回路控制器,针对H_∞回路成形方法中权值矩阵选取困难的问题,利用了最大右约数(GCRD)方法以实现实际系统和期望系统的传递函数矩阵之间的转换。与传统的对角型权值矩阵相比,使用此方法成形后的系统具有更宽的鲁棒稳定裕度,系统的解耦性和频带也显著提高,而且可以大大降低设计人员选取权值矩阵的复杂性和盲目性。通过仿真验证,所设计的无人直升机系统的飞行品质满足军用标准ADS-33E中一级区域的要求。     

直升机总体设计思路和方法发展分析

直升机总体设计对于型号研制成功与否有着极为重要的影响。随着直升机相关学科以及信息化技术的发展,直升机总体设计亦从传统的原准机设计法、参数统计法等发展到现代的多学科设计优化法。特别是系统工程和并行工程思想以及现代项目管理理念在航空产品研制中的应用,对直升机的总体设计思想产生了重大影响,推动着直升机总体设计向智能化、综合化和系统化方向发展。首先,简要回顾了直升机总体设计技术的发展历程,介绍了传统设计方法和现代设计方法在型号中的应用及其相互之间的差异;然后,重点分析了系统工程和并行工程思想、现代项目管理理念、直升机新构型以及数字化技术对直升机总体设计思想和方法的影响;最后,展望了直升机总体设计方法的未来发展趋势。     

直升机划代

直升机划代对于人们认识直升机技术的发展规律的制订直升机发展规划有重要意义。本文在对直升机技术发展深入研究的基础上提出了直升机划代的“六大要素”,并以此六要素为判别标准,将直升机分为四代,提出了世界直升机发展划代的建议。     

Flight dynamics characteristics of canard rotor/wing aircraft in helicopter flight mode

The aerodynamic layout of the Canard Rotor/Wing(CRW) aircraft in helicopter flight mode differs significantly from that of conventional helicopters. In order to study the flight dynamics characteristics of CRW aircraft in helicopter mode, first, the aerodynamic model of the main rotor system is established based on the blade element theory and wind tunnel test results. The aerodynamic forces and moments of the canard wing, horizontal tail, vertical tail and fuselage are obtained via theoretical analysis and empirical formula. The flight dynamics model of the CRW aircraft in helicopter mode is developed and validated by flight test data. Next, a method of model trimming using an optimization algorithm is proposed. The flight dynamics characteristics of the CRW are investigated by the method of linearized small perturbations via Simulink. The trim results are consistent with the conventional helicopter characteristics, and the results show that with increasing forward flight speed, the canard wing and horizontal tail can provide considerable lift,which reflects the unique characteristics of the CRW aircraft. Finally, mode analysis is implemented for the linearized CRW in helicopter mode. The results demonstrate that the stability of majority modes increases with increasing flight speed. However, one mode that diverges monotonously,and the reason is that the CRW helicopter mode has a large vertical tail compared to the conventional helicopter. The results of the dynamic analysis provide optimization guidance and reference for the overall design of the CRW aircraft in helicopter mode, and the model developed can be used for control system design.     

Progress in helicopter infrared signature suppression

Due to their low-attitude and relatively low-speed fight profiles, helicopters are subjected to serious threats from radio, infrared(IR), visual, and aural detection and tracking. Among these threats, infrared detection and tracking are regarded as more crucial for the survivability of helicopters. In order to meet the requirements of infrared stealth, several different types of infrared suppressor(IRS) for helicopters have been developed. This paper reviews contemporary developments in this discipline, with particular emphasis on infrared signature suppression, advances in mixer-ejectors and prediction for helicopters. In addition, several remaining challenges, such as advanced IRS, emissivity optimization technique, helicopter infrared characterization, etc., are proposed, as an initial guide and stimulation for future research. In the future, the comprehensive infrared suppression in the 3–5 lm and 8–14 lm bands will doubtfully become the emphasis of helicopter stealth. Multidisciplinary optimization of a complete infrared suppression system deserves further investigation.     

直升机加装数据中继设备的设计与分析

直升机因具有低速、机动灵活、起降要求低等特点而得到广泛使用,而空中数据中继转发设备的加改装将进一步拓展直升机任务面。基于某型直升机加装空中数据中继转发站的实际工作,对加改装设计过程进行分析,计算了各部件安装后的受力强度,给出了加装设备结构强度和质心的计算方法,并对加装设备与直升机的电磁兼容性能和设备本身的通信性能进行了分析。结果表明,空中数据中继转发站加装后符合法规要求的结构强度和电磁兼容性等适航要求,且通信性能满足超视距数据中继任务要求。因此,该项工作可为同类型改装工作提供参考和借鉴。     

常规旋翼构型复合式高速直升机发展概况及关键技术

对常规旋翼构型复合式高速直升机的发展概况及关键技术进行了综述。首先,结合常规旋翼构型复合式高速直升机的布局型式及操纵方式,介绍了该构型复合式直升机的一般概念。然后,根据常规旋翼构型复合式高速直升机的前飞动力结构特点,将其分为三种类型,并分别对不同类型复合式直升机的布局型式及其发展概况进行了梳理。在此基础上,针对目前该构型高速直升机所面临的问题,总结了该构型直升机的总体布局设计与优化、过渡模态操纵分配设计等关键技术。最后,结合国内外高速直升机的发展趋势,以及该构型高速直升机的特点,分析了常规旋翼构型复合式高速直升机的发展前景,并对其在我国的发展提出了初步建议。