无人直升机飞行品质要求探讨

针对无人直升机发展过程中对无人直升机飞行品质要求日益加剧,而相关领域的研究及成果甚少等问题,从自动飞行控制视角出发,较为系统地研究了无人直升机飞行品质涉及的各个基本方面,包括无人直升机飞行品质的定义、研究内容、影响因素和指标体系等;同时,通过对ADS-33E的合理改进,提出了适用于无人直升机飞行品质评估的三维架构以及相应的评估准则;可为新型无人直升机系统的研制和评估提供指导,为我国无人直升机飞行品质规范的早日出台提供借鉴。     

带通FSS结构的插入相位延迟特性

基于互导纳法研究实心半波壁频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)的插入相位延迟(Insertion phase delay,IPD)特性,考察FSS结构的IPD与加载介质的IPD之间的关系,分析了介质厚度、极化状态等因素的影响,重点关注交叉极化状态,考察极化角及入射角变化时的去极化效应.结果表明,解决带通FSS结构交叉极化问题的方法是保证TE和TM两种主极化状态下谐振频率的一致性,从而减小两种极化状态的IPD之差.     

动态桨叶RCS特性的实验研究

在微波暗室中测量了金属平板桨叶动态模型的高频雷达散射截面RCS(Radar Cross Section),并通过快速傅立叶变换FFT(Fast Fourier Transform)得到相应的频谱图;详细分析了时域和频域RCS随桨叶片数、雷达波入射方向、入射频率、极化状态和桨叶转速等因素的变化.实验结果表明主要特征是时域RCS呈周期性起伏,频谱图因前行桨叶与后行桨叶散射有差别而不对称,且频谱宽度反映了多普勒效应.取得的结果与已有文献的计算分析一致,对直升机的探测和识别具有重要的参考价值.     

缝隙宽度对频率选择表面透波特性的影响

从物理本质上分析了频率选择表面FSS(Frequency Selective Surfaces)单元的缝隙宽度对FSS平板透波特性的影响.FSS平板单元的缝隙越宽,则单元的谐振波长缩短就越多,谐振频率也随之升高.利用Floquet定理,计算分析了缝隙宽度对FSS平板透波特性的影响;采用蚀刻技术加工FSS平板小矩形缝隙单元.实验测试的结果表明,缝隙宽度变大时,谐振频率升高,同时,FSS平板的透波率和谐振带宽变大.实验数据与计算结果在误差允许的范围内基本一致.     

某型无人直升机带传动离合器控制系统

针对某型直升机无人化改装过程中带传动离合器的控制要求,探讨一种具有安全保护功能的控制系统.通过分析带传动离合器的操纵原理和控制特性,提出了控制系统的设计需求,确定了控制系统的总体方案.采用转速反馈和间歇接合的控制方法,实现离合器的自动接合,避免发动机转速降幅过大,通过采集着陆信号,采取硬件注销的方式,避免无人直升机在飞行中响应离合器分离等危险指令.采用转速反馈和磁电机间歇接地的控制方法,防止发动机在离合器未接合的情况下超速.在某型无人直升机上分别进行自动接合试验和超速保护试验,在地面模拟进行空中/地面保护试验.结果显示:自动接合试验中发动机最小转速为960 r/min;超速保护试验中发动机瞬时最大转速为2 016 r/min,最小转速为1 088 r/min,超速持续时间为0.5s;空中/地面保护试验确认了地面状态指令正常执行和空中状态指令注销的功能.试验结果表明:该控制系统设计方案满足无人直升机的使用需求.     

基于DE算法的共轴直升机模型辨识及精度分析

由于共轴直升机特有的旋翼布局引发了上下旋翼间强烈的气动干扰,采用传统的理论分析和风洞试验的方法难以获得适用于共轴直升机控制系统的飞行动力学模型.为此,设计了飞行扫频试验,根据飞行试验数据得到了悬停状态下包含共轴直升机飞行动力学模型耦合特性的非参数频率响应,运用仿生智能计算方法中的微分进化(DE,Differential Evolution)算法拟合频率响应建立了悬停状态下的共轴直升机状态空间模型.利用Cramer-Rao边界和不灵敏度的相关理论进行分析计算,说明辨识得到的参数具有较高的精度和可信度.通过比较辨识模型的输出和实际飞行数据的结果,说明辨识得到的模型能充分反映共轴直升机的飞行动力学特性,可用于飞行品质评估和飞控系统设计.     

无人直升机三维避障方法及仿真

自主避障是无人直升机（UH）在复杂未知环境中执行飞行任务所必须的能力。针对未知环境下UH避障飞行问题，提出了一种新的三维实时避障方法，通过将三维激光雷达探测视野划分成若干不同半径的扇形柱区和等角度分布的直方柱区，结合雷达探测数据判断障碍物分布情况，UH根据避障方法执行相应的规避动作来实现避障飞行。同时提出一种基于CATIA三维建模软件二次开发的三维仿真方法，该方法可以对未知的飞行环境进行三维建模，结合避障方法实现UH在其中的真实避障飞行模拟，并利用该仿真方法验证了三维避障方法的可行性。     

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。