Modeling novel methodologies for unmanned aerial systems–Applications to the UAS-S4 Ehecatl and the UAS-S45 Bálaam

The rising demand for Unmanned Aerial Systems(UASs) to perform tasks in hostile environments has emphasized the need for their simulation models for the preliminary evaluations of their missions. The efficiency of the UAS model is directly related to its capacity to estimate its flight dynamics with minimum computational resources. The literature describes several techniques to estimate accurate aircraft flight dynamics. Most of them are based on system identification. This paper presents an alternative methodology to obtain complete model of the S4 and S45 unmanned aerial systems. The UAS-S4 and the UAS-S45 models were divided into four sub-models, each corresponding to a specific discipline: aerodynamics, propulsion, mass and inertia, and actuator. The‘‘aerodynamic" sub-model was built using the Fderivatives in-house code, which is an improvement of the classical DATCOM procedure. The ‘‘propulsion" sub-model was obtained by coupling a two-stroke engine model based on the ideal Otto cycle and a Blade Element Theory(BET) analysis of the propeller. The ‘‘mass and the inertia" sub-model was designed utilizing the Raymer and DATCOM methodologies. A sub-model of an actuator using servomotor characteristics was employed to complete the model. The total model was then checked by validation of each submodel with numerical and experimental data. The results indicate that the obtained model was accurate and could be used to design a flight simulator.     

小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析

绳钩回收作为小型固定翼无人机的一种精确定点拦阻无损回收技术,近年来在国内外得到迅速发展。本文以某型无人机的绳钩回收系统为研究对象,对绳钩回收系统进行了参数化处理并建立了两种动力学仿真模型。一是在考虑回收架柔性基础上建立了基于Lagrange方程的绳钩回收系统的动力学仿真模型,二是在考虑绳索变形和系统结构细节基础上建立了基于MSC.ADAMS的绳钩回收系统的多体动力学仿真模型。通过上述两种仿真模型的算例分析以及与某型无人机绳钩回收试验的测试数据作对比,验证了两种动力学仿真模型在绳钩回收系统不同设计阶段的适用性和有效性。     

一种温度动态调节方法及其动态性能仿真研究

航空气源模拟试验台主要用于模拟不同飞行状态时发动机给空气管理系统的供气,由于飞机爬升、降落时发动机供气参数会急剧变化,因此航空气源模拟试验台需具备动态能力.基于一种温度动态调节方法,在合理简化的基础之上采用NHT方法对其温度动态性能进行了仿真研究,仿真结果表明该温度动态调节方法能够满足温度动态性能需求,对动态航空气源模拟试验台的设计选型有较高的参考价值.     

涡环伞降末敏子弹的稳态扫描动力学特性

综合采取理论建模、高空自由落体试验及可视化仿真相结合的方法,研究了一种涡环伞降末敏子弹的稳态扫描动力学特性。基于第一类拉格朗日方程,建立了由弹体、降落伞、伞盘、摩擦盘、连杆所组成的五刚体动力学模型,并应用ADAMS、MATALB及VR相结合的方法进行了弹道计算和可视化仿真研究。通过在高空热气球上投放试验样弹的方法,得到了伞弹系统的运动图像、平均落速、转速等弹道数据。对比研究得出:涡环伞的运动稳定性良好,可使末敏子弹保持匀速旋转降落状态,弹体达到稳定后的落速约为13.5 m/s,转速约为3 r/s,稳态扫描角接近于弹体的静态悬挂角,仿真计算与试验结果的一致性较好。      

考虑非理想噪声干扰的直升机飞行动力学模型辨识方法

利用MATLAB/SIMULINK平台搭建了直升机仿真实验系统，并以UH-60直升机为对象实现了考虑非理想噪声干扰的仿真飞行实验。建立了非理想噪声数学模型并基于增广最小二乘法设计 了一套同时考虑模型参数和噪声参数的综合辨识算法，在此基础上，利用仿真实验数据实现了UH-60直升机纵向飞行动力学模型的辨识与验证。最后，通过与普通最小二乘法的对比验证了本文方法的优越性。      

Observations of a quasi-90-day oscillation in the MLT winds and tides over an equatorial station using meteor radar winds

An evident signature of a least studied quasi-90-day oscillation is found in the winds and tides in the MLT from an equatorial station, São João do Cariri (7.4°S, 36.5°W). The oscillation is found to appear mainly in certain intervals with small but appreciable seasonal (fourth harmonic of annual oscillation) contribution. The maximum amplitude of the oscillation is found to be around 10 m/s in the zonal wind. The enhancement peak of the oscillation exhibits downward movement indicating a plausible role of upward moving waves/tides in carrying its imprint from below to the MLT. Similar oscillation feature in the tropospheric zonal wind and ozone may imply its lower atmospheric origin as a component of the intraseasonal oscillation (ISO) that moves upward by modulating the tides. Subsequently, the propagating tides (mainly semidiurnal) are enhanced by the ozone in the stratosphere through absorption of solar UV radiation and finally manifest the oscillation in the MLT. Consistency of the present findings with the past investigations are observed in some aspects of the oscillation, whereas existing mismatches in others are believed to be due to geophysical variability depending on space and time among various locations on the globe.     

系统参数对电动力绳系动力学的影响

将电动力绳系(EDT)的主星质量、子星质量、绳系质量以及绳系中的电流视为系统参数，研究这些参数对系统的摆动动力学和轨道动力学的影响。哑铃模型下的电动力绳系摆动动力学方程存在不稳定的周期解，通过Floquet理论来衡量周期解的不稳定程度，从而研究各系统参数对摆动动力学的影响。建立了用春分点轨道元素的形式描述的电动力绳系轨道动力学方程，并以降轨时间来衡量电动力绳系的降轨效率，从而研究系统参数对轨道动力学的影响。运用算例对周期解迁移矩阵的特征值、降轨时间随各系统参数的变化关系进行了仿真，分别得出了各系统参数对系统摆动动力学和轨道动力学的影响。综合本文的仿真结果，并考虑实际发射及空间运行中的其它因素，对电动力绳系的设计和降轨策略提出了建议。     

翼身融合布局飞机机体-发动机气动干扰效应

翼身融合（BWB）布局飞机是一种相对较新的飞行器概念，具有商业运输飞机的潜在用途。研究表明，翼身融合布局客机可获得比常规布局客机更好的性能。但是，由于各方面限制，BWB飞机不宜使用传统的机翼安装或机身安装的发动机布局，发动机背部安装成为首选布局。然而，背部安装发动机容易产生激波、分离、进气畸变等空气动力干扰问题，发动机与机身一体化的气动设计已成为BWB飞机发展的关键技术。针对BWB布局飞机的机体和发动机之间的气动干扰进行了数值研究，结果表明，背部安装发动机对BWB布局飞机的全机气动特性和发动机本身的推力性能都会产生较为明显的影响。     

一种基于求解椭圆型方程的结构动网格生成方法

基于椭圆型网格生成法,实现了一种简单高效的贴体结构动网格生成方法,可用于具有移动边界问题的非定常流动数值模拟。该方法提出,在网格变形过程中,Poisson方程需要的控制网格间距和正交性的源项可以通过提取已知的静态网格源项直接得到,并在整个动网格生成过程中保持不变。因此,在椭圆型网格生成中需要通过外迭代确定源项的过程可以得到省略,而且该方法不需要人工指定参数。这使得方法具有高效和易于嵌入到已有程序中的特点。数值模拟结果证明,采用这种方法获得的网格能够较好地保持静态网格原有的正交性和光滑性,在相同迭代步数约束下,网格求解效率低于传统弹簧模拟法,但鲁棒性优于弹簧模拟法。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法，考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响，建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法，对动力学方程进行了数值求解；通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型，分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时，轴承的支承刚度会产生4%左右的波动，输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%；支承刚度的时变性使得系统的非线性增强，稳定性变差；支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大，对并车级动载系数影响较小。