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。     

开放式飞机总体设计环境的原型研究

 为综合集成飞机总体设计过程中所使用的各种设计分析工具以更大程度地发掘软件资源的技术价值、提高设计质量和设计效率,提出了采用开放式系统进行资源整合的方法。分析了飞机总体设计中软件应用所存在的问题及典型集成系统发展现状,定义了飞机总体设计中的模块、组件、子系统等功能实体单元及开放式系统架构的概念,并以此为基础设计了包含资源层、中间层、应用层和协同层4个层次的系统软件架构以及构建于网络之上的系统硬件架构体系。规划了系统集成与数据传输逻辑,提出了采用智能体进行飞机总体设计分析工具集成的途径,完成了包括组件自定义开发、方案设计和任务管理在内的各子系统构建逻辑并实现其正常运转。最后给出了基于系统开放式架构所形成的战斗飞机总体设计环境以说明系统集成的可行性及应用前景。     

锯齿台阶目标电磁散射特性研究

通过系列雷达散射截面(RCS)测试,研究分析了锯齿台阶电磁散射特性与其锯齿齿数、锯齿角度、相对于电磁波入射方向的俯仰角之间的变化关系,并将锯齿台阶散射结果与单直台阶进行比较,分析了各参数对锯齿台阶散射的影响。实验结果表明:对于相同齿数的锯齿台阶,当锯齿角度为适当钝角时,可得到较好的散射特性;对于同一锯齿台阶,随其相对于电磁波照射方向的俯角增大,在一定角度范围内其RCS呈下降趋势,散射特性得到改善。     

飞机总体设计优化中的多目标方案优选方法

飞机概念设计多目标优化的结果基本决定了飞机的总体外形。为提高多目标优化结果解集的优选效率,在多目标方案对比评价方法和可视化辅助评价支持两方面对飞机多目标方案优选方法进行了研究。首先在研究了线性加权和法及欧氏加权距离法的基础上,提出了体现具体目标对比的基于等效多边形的等效面积评价法,并进行了改进。其次,采用量化指标初选与可视化目标对比及方案模型可视化精选相结合的方式,在概念设计平台上实现了多目标方案优选方法。最后在轻型战斗机概念方案多目标优化实例中利用提出的优选方法对优化非劣解集进行了优选,结果验证了可视化辅助评价支持的优选方法方便快速获取满意方案的有效性。     

基于Virtools的战斗机挂弹仿真

利用建模工具Catia,3DMax和仿真工具Virtools,实现战斗机挂弹仿真的人工和机械式训练方案,以达到提高训练效率、缩减训练时间及费用的目的;并根据人工挂弹的仿真数据,探讨仿真在战斗机方案设计阶段验证设计合理性的作用.     

飞机总体优化设计的新进展

回顾飞机总体优化设计的传统方法 ,介绍多学科优化方法在飞机设计中的应用状况和最新发展。重点讨论为解决设计变量过多和计算耗费太大问题提出的试验设计和响应面近似法以及带不确定性多学科优化的鲁棒设计方法。提出飞机总体优化设计的一些关键研究领域 :气动—结构、气动—隐身、结构—主动控制等 ,最后展望多学科优化在飞机总体设计中的应用前景     

直升机概念设计中的部件参数化

为了满足直升机概念设计阶段对方案快速建模的要求,在面向对象技术的基础上提出了直升机概念设计阶段部件的建模分类方法,并且建立了一个计算机辅助直升机概念设计系统.应用非均匀有理B样条NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面和基于特征的部件造型技术,实现了各种型式直升机方案的参数化建模.其中结合设计参数提出了旋翼的桨叶、桨尖、桨毂以及整流罩的描述参数,并对涵道尾桨进行了分段造型处理.最后给出了该系统中生成的两个设计方案作为实例以验证所提出方法的便捷性和有效性,这些方法也为进行设计方案的性能分析和优化等后续工作奠定了基础.      

基于结构件实例库的飞机机体结构快速建模

为充分利用和借鉴已有的飞机结构件设计方案实例信息,研究了面向对象的参数化结构件实例描述方法,提出了飞机结构件实例库的总体框架并开发了系统的原型.研究了基于实例库的飞机机体结构设计措施及建模方法,提出了翼面结构和机身结构的参数化描述和模型构建方法,并在一个开放式的飞机总体设计环境中完成了基于实例库的飞机结构快速设计功能.最后通过应用示例说明了该系统和方法的有效性.     

飞翼布局气动方案优选和试验验证

提出综合考虑飞翼布局隐身性能和气动性能的平面形状特征参数,分析了方案优选中的约束关系.采用参数化方法构建了三维曲面模型,并将物面网格划分流程进行自动化封装,通过更改设计参数准确快速地得到新方案的物面网格.应用基于Euler方程的数值方法进行布局方案的气动性能计算分析,在重点方案的分析中加入黏性修正;应用高频近似方法估算方案的隐身性能.以巡航状态作为设计点,在隐身性能的约束下,应用分析-修正的方法完成了气动布局方案优选,并对最终选定的方案进行风洞试验验证,证明该方案有进一步研究的价值.     

综合热力学模型的平流层飞艇上升轨迹优化

针对平流层飞艇的上升轨迹优化问题,综合热力学模型进行了研究.主要分析了飞艇基本热力学行为,研究了蒙皮及内部气体的能量方程并建立了详细的飞艇动力学和运动学模型.在热力学、动力学和运动学分析的基础上,建立了以飞行时间为优化目标的平流层飞艇的轨迹优化模型.利用直接配点法将轨迹优化问题转化为非线性优化问题,再通过非线性求解器SNOPT(Sparse Nonlinear Optimizer)对不同场景的问题进行最优化轨迹求解.优化结果表明:热力学效应对优化轨迹有较大影响,在上升过程中,太阳能辐射为主要影响因素,另外风场也对换热量有一定影响.