直升机飞行动力学逆问题研究综述

直升飞机动力学逆问题是已知运动的控制规律,对直升机机动飞行和现代飞行控制律设计有重要意义。根据直升机飞行动力学逆问题研究的现状,概述现代飞行动力学逆问题的研究内容及进展,重点分析直升机逆仿真技术的特点,讨论直升机最佳机动控制与非线性控制律设计的途径与方法,展示直升机逆问题研究的前景以及存在的问题,供直升机设计和飞行动力学研究人员参考。     

直升机机动飞行逆仿真及应用

首先回顾了直升机机动飞行逆仿真技术国内外发展概况、逆仿真原理,讨论了逆仿真方法,指出了逆仿真方法的发展方向,给出了垂直跃升逆仿真结果,得到的操纵规律与国外资料相当,验证了逆仿真方法的有效性,最后介绍了逆仿真的应用情况。     

直升机动态逆神经网络模型

以SH－2G直升机辨识模型为对象，采用天并作用函数的多层感知器网络，建立了直升机的动态逆神经网络模型，在直升机越障机动飞行仿真的同时，利用直升机操纵信号和对应的状态作为网络的训练样本，对直升机逆模型进行在线辨识，并给出了仿真结果及其分析。结果表明，该网络对直升机动力学逆模型具有良好的在线辨识效果。     

直升机机动飞行的逆模拟

本文给出了一种直升机机动飞行的逆模拟方法以计算跟随预定飞行轨迹的驾驶员操纵,根据这一方法可以确定为完成直升机机动飞行所需的驾驶员操纵输入及直长机的飞行速度、角速度和的变化历程。直同飞行动力学模型没有作任何线化假设,其中考虑了旋翼入流的时滞效应、前行桨叶的压缩性物后行桨叶的失速特性及旋翼桨叶的非定常挥舞运动,引入了旋翼尾迹对直升机机身、尾翼和尾桨的气动干扰。最后以黑鹰直升机为例计算了鱼跃越障机动飞行     

直升机飞行仿真技术的应用

飞行仿真技术在近几年取得了突飞猛进的发展,直升机飞行品质模拟器主要用于研究直升机的飞行品质。满足飞行品质要求是直升机型号研制任务中主要的设计目标之一,直升机特有的近地和低速等飞行特征和独特的飞行方式给直升机飞行仿真技术研究带来了新的挑战。本文描述了国内第一台直升机工程模拟器系统特点及其在工程中的应用。     

直升机近地飞行时的配平和机动操纵分析

在单旋翼带涵道尾桨直升机的非线性全量飞行动力学模型的基础上,提出了求解配平和机动操纵问题的一种混合算法,研究了地面效应对配平和机动操纵的影响.以某直升机为算例,在近地飞行和考虑不同速度与高度时,分别进行了直升机稳定飞行时的配平计算,然后以侧向紧急转弯机动为例,对机动操纵规律的问题进行了计算分析,计算结果与地面效应的理论相符合,机动过载和操纵变化规律可以为飞行试验提供借鉴.所建立的理论方法可以为直升机近地飞行时的动力学和控制分析提供参考.      

直升机工程模拟器研究与应用

飞行仿真技术被广泛用于飞行器的方案论证、设计分析、试验评估、维护和训练。飞行模拟器是典型的人在回路实时仿真系统,工程模拟器是用于工程研究的飞行模拟器。本文叙述了直升机飞行仿真技术的发展概况,介绍了直升机工程模拟器研制、应用情况及关键技术。     

浅谈舰载直升机的海上试飞

针对舰载直升机的特殊使用环境，分析了舰船运动情况对舰载直升机实施起飞、着舰和舰上机动飞行的影响，最后，探讨了MIL－F－83300等直升机规范对舰载直升机的各种使用规定及特殊的飞行品质要求。     

直升机机动飞行的数学模拟

本文简要介绍了国外对直升机机动飞行的研究情况,系统地从数学上描述了直升机机动飞行的典型科目,给出了直升机机动飞行运动参数的计算任务和理论公式以及计算方法,并就直升机水平转弯机动科目提供了算例.本文的理论公式和计算方法可用于武装直升机的设计,并可对其战术使用提供参考.     

共轴式直升机的气动特性、操稳特性与机动性分析

从气动布局与气动特性入手,对比了共轴式直升机与单旋翼直升机的悬停、垂直飞行及前飞性能,分析了共轴式直升机的气动布局与操稳特性对其机动能力的影响,最后介绍了共轴式直升机两种特殊机动动作.     

Inverse simulation as a tool for flight dynamics research—Principles and applications

The technique of inverse simulation is finding application in many and varied fields. As the name implies this technique is used to calculate the control action required to achieve a specified system response. The field of aircraft flight dynamics is particularly suited to this form of simulation as the question of what control actions must the pilot (or automatic flight control system) take for the aircraft to fly along a particular trajectory (a landing approach, for example) is often asked. This paper looks specifically at the application of inverse simulation in flight dynamics. The aim is not only to give an overview of the various techniques and applications but also to provide guidance to potential users of the technique on several of the physical and numerical features often observed in the results. An extensive review of the methodologies used within the family of inverse simulations is presented followed by a formal treatment of the theoretical development of inverse simulation as an established technique. A case study involving the inverse simulation of a helicopter flying a slalom manoeuvre is presented to demonstrate the application of inverse simulation in a flight dynamics analysis. An important feature of the use of inverse simulation is that it is necessary to define the output response required—in the case of flight dynamics the required flight path has to be modelled. Some of the methods used are documented, and their validity discussed. The paper also gives an insight into the types of problem which can be addressed by inverse simulation by detailing some of the many applications to which it has been put in the past. These include studies of rotorcraft handling qualities, performance and design, and pilot modelling as well as model validation. An important element of this paper is the formal, theoretical analysis of some of the numerical and physical features exhibited by inverse simulation which should aid potential users to interpret their results. The work presented in this paper shows a clear evolution of inverse simulation from its initial days when the mathematical models used were relatively simple into a mature analytical technique able to incorporate state of the art mathematical models and be applied to real flight dynamics problems.     

基于力矩比优化的航天员舱外活动仿真

提出了一种基于力矩比优化的航天员人体运动控制算法,该算法综合考虑了反向运动学、反向动力学以及人体工效学等因素,避免了单纯从动力学方面求解所带来的虚拟人体动画所隐含的力量冲突,提高了仿真结果的真实性和合理性。研究结果可为航天员舱外活动的设计和考察提供一定的理论指导和技术支持。     

基于神经网络逆控制的发动机直接推力控制

首次将动态神经网络逆控制用于航空发动机直接推力控制。为了有效消除由于神经网络逆模型构造误差(即神经网络逆模型不可能完全逼近航空发动机的逆模型)而产生的稳态误差和解决航空发动机推力不易测量的困难,分别设计了积分补偿器和推力估计器,从而实现航空发动机直接推力控制。飞行包线内数字仿真结果表明,此控制方案具有良好的动静态性能、精度高、跟踪快。     

Remarks on ?Comments on 'Signal Resolution via Digital Inverse Filtering'?

Published comments on a recent paper criticized the use of inverse filtering as applied to resolution of overlapping radar signal returns. It is shown that an inadequate model of the inverse filter was assumed by the critic, which lead him to predict excessive time sidelobes at the filter output. It is demonstrated, by computer simulation, that the time sidelobes at the output of the true inverse filter are down 30 dB or more.     

基于模糊动态逆的飞机直接升力控制

针对飞机的直接升力控制问题,设计了一种将动态逆控制器和模糊控制器结合使用的新方法,并在系统参数优化过程中对ITAE准则进行改进。在ITAE准则的基础上,引入对正向误差的积分从而约束系统响应的超调量。通过对单纯直接升力控制模态和垂直平移控制模态的仿真实验,表明文章的模糊动态逆控制器能够实现具备良好鲁棒性的直接升力控制;通过对比模糊动态逆控制器和动态逆控制器的仿真结果,表明模糊动态逆控制器的动态性能和稳态性能优于动态逆控制器。     

高负荷风扇级环境下叶片反问题设计

在对国内外各类叶片三维反问题深入分析的基础上,针对高效、高负荷风扇的设计需求,提出了级环境下风扇叶片三维反问题设计的技术思路。以高压比单级风扇为例,利用数值模拟、流动分析等技术手段,采用从基元截面、单排到单级环境逐步深入的方式,对级环境下三维反问题设计方法的可行性进行了验证,初步探索了级环境下叶片载荷分布规律,进一步发展并完善了高效、高负荷风扇叶片的三维反问题设计技术。     

基于NN-ELM的航空发动机燃油系统执行机构故障诊断

提出了一种航空发动机执行机构及其传感器单一故障诊断及定位方法.首先通过执行机构模型判断是否发生故障,然后运用发动机逆模型对故障进行定位.基于离线训练BP(back propagation)神经网络建立执行机构模型,根据某半物理仿真试验台的测试数据训练网络参数.提出离线训练和在线训练相结合的极端学习机(ELM)算法建立发动机逆模型,使网络在初始时刻就具有诊断能力,工作过程中具有适应能力,且在线训练过程采用阈值判别法筛选训练样本,减小了在线训练时间,提高了逆模型的实时性.以某型发动机燃油系统执行机构为例的设计和仿真结果表明:该诊断系统能够准确地对发动机在稳态和动态工况以及蜕化状态下的执行机构及其传感器单一故障进行准确诊断和定位,具有很好的实时性.      

高负荷风扇转子叶片反问题设计

为改进高负荷风扇转子性能,采用了一种工程适用的叶片反问题设计方法。该方法使用粘性CFD与数值优化相结合,适合具有高进口马赫数、高逆压梯度流动特征的高效叶型设计,并应用二维叶型反问题加三维积叠的叶片设计思路,充分继承了已有的基元叶型积叠准则,极大地缩短了计算时间。利用发展的反问题设计平台,完成了叶片的反问题设计。三维数值模拟结果表明:反问题设计的转子叶片能较好地控制转子尖部激波结构,减小激波损失,提高效率,增大稳定裕度。