A comprehensive survey on the methods of angle of attack measurement and estimation in UAVs

Angle of Attack (AOA) is a crucial parameter which directly affects the aerodynamic forces of an aircraft. The measurement of AOA is required to ensure a safe flight within its designed flight envelop. This paper intends to summarise a comprehensive survey on the measurement techniques and estimation methods for AOA, specifically in Unmanned Aerial Vehicle (UAV) applications. In the case of UAVs, weight constraint plays a major role as far as sensor suites are concerned. This results in selecting a suitable estimation method to extract AOA using the available data from the autopilot. The most feasible and widely employed AOA measurement technique is by using the Multi-Hole Probes (MHPs). The MHP measures the AOA regarding the pressure variations between the ports. Due to the importance of MHP in AOA measurement, the calibration methods for the MHP are also included in this paper. This paper discusses the AOA measurement using virtual AOA sensors, their importance and the operation.     

Influence of thickness and initial groove angle in M–K model on limit strain of 7B04 by considering through-thickness stress

Marciniack–Kuczinski (M–K) model is widely used to predict material’s forming limit curve (FLC). The prediction of FLC traditionally neglected through-thickness normal stress. However, it cannot be neglected in some forming processes. Much work has been done to study the effect of through-thickness normal stress on FLC with constant through-thickness normal stress or constant ratio of through-thickness normal stress and maximum principal stress. In addition, based on Nakazima test process, the ratio of through-thickness normal stress and maximum principal stress has been derived, which was a function of instantaneous thickness and loading path. Here, initial groove angle in M–K model was not considered. In this paper, uniaxial tension tests and Nakazima tests were performed on 7B04 aluminum alloy. Based on Hill 48 yield criterion and M–K model, the prediction model of FLC was established. The increase of thickness can enhance FLC. Meanwhile, it is necessary to consider through-thickness normal stress and initial groove angle in prediction model. On the left side of FLC, the effect of initial groove angle on FLC is weakened by increasing sheet thickness. On the right side of FLC, the effect of initial groove angle on FLC is strengthened by increasing sheet thickness. On the right side of FLC, the relation between limit strain points with different thicknesses is linear under one certain loading path. Thickness has decisive effect on through-thickness normal stress level and the changing trendy of through-thickness normal stress during calculation is different under different stress condition.     

弹载变转速定量泵高动态压力控制特性分析

传统弹载电液伺服系统的液压能源采用有刷直流电机驱动恒压变量泵的方式，泵源压力在导弹飞行过程中设定值恒定，但在平飞段过程长、负载小，对能源压力需求低，造成弹上能源总利用率不高的问题，提出无刷直流电机驱动小排量液压泵的压力控制泵源的设计，在低气动负载阶段适当降低系统压力，进而降低节流损失与泄漏量，提高能量利用率。分析了变转速定量泵的流量压力特性曲线，通过建立基于变转速压力控制泵源的位置电液伺服系统数学模型与仿真模型，分析了变转速定量泵压力控制系统在典型工况下的位置跟踪、系统压力变化与能量利用效率，验证了压力控制系统能够在导弹平飞段保证位置伺服系统跟踪正常的前提下，能有效提高系统效率，证明了变转速定量泵压力控制系统的有效性与可行性。     

先进战斗机过失速机动大气数据融合估计方法

可控的过失速机动是先进战斗机超机动性能的重要标志，飞机飞行包线的扩大已超出传统的大气数据系统测量范围，可靠的迎角、侧滑角、总压、静压等飞行大气数据是制约先进战斗机过失速机动中飞行控制的关键因素。以中国推力矢量验证机为对象，基于过失速机动飞行试验的数据，开展大气参数估计与验证研究。结合过失速机动的时间与空间特性，研究了基于风速、地速、空速矢量和惯性姿态、导航参数的大气参数融合计算方法；针对过失速大迎角状态下飞机周围气流非定常、模型非线性导致的融合大气参数误差的复杂特性，进一步构建深度神经网络，对机动状态融合迎角、侧滑角的强非线性误差进行拟合。仿真和飞行试验表明：该方法可在大迎角飞行状态下实现主要大气参数的融合估计，过失速机动过程中融合迎角误差优于2.3°，融合得到的大气参数可为过失速大迎角机动飞行控制提供可靠的大气参数状态反馈。     

叶片式预旋喷嘴出口流场实验研究

叶片式预旋喷嘴具有尺寸小,落后角大的特点。为了详细研究小尺寸预旋喷嘴的预旋性能,采用五孔探针对叶片式预旋喷嘴的出口流场进行了实验研究。测量了Ma=0.2,0.3时喷嘴出口的压力分布、速度分布和出口气流角度分布,实验获得了喷嘴的落后角和预旋效率,并进行了与实验工况相同的数值计算。通过实验获得的总压云图以及速度云图,可以发现叶片式预旋喷嘴的端壁二次流损失、尾迹损失严重,有明显的边界层分离现象。Ma=0.2时,喷嘴Re数为5.76×104,落后角2.84°,实验测得的预旋效率为0.73;Ma=0.3时,喷嘴Re数为1.06×105,预旋效率提高至0.77。实验模型端壁的影响使预旋效率实验结果偏低6.5%左右。数值结果与实验测得各参数符合较好:数值结果与测得的喷嘴出口截面平均总压、静压偏差在1%以内;出气速度、周向速度以及出气角度与实验结果偏差在4%以内。数值计算表明,叶片式预旋喷嘴的预旋效率基本不受压比影响,随Re数增大先增大后基本不变,最后基本稳定在0.85。     

基于合成射流的旋翼翼型动态失速控制研究

针对直升机旋翼工作环境下来流速度和迎角(Angle of attack,AoA)耦合引起的动态失速问题,建立了基于合成射流的旋翼动态失速控制的数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法,通过对翼型的平移和旋转实现变来流速度-变迎角的耦合。以积分形式的雷诺平均N-S方程为主控方程,空间离散使用Roe格式,时间离散为隐式LU-SGS方法,以OA209翼型为研究对象,在翼型上表面放置合成射流激振器,开展了射流位置、动量系数、无量纲频率以及偏角等参数对轻度失速、深度失速下翼型动态失速控制的研究。研究发现,轻度失速下,射流位置靠近气流分离点时(20%c附近,c为翼型弦长),对逆压梯度引起的轻度失速控制效果最佳。深度失速下气流分离点虽在5%c之前,但射流位于前缘分离泡后端(10%c附近)时控制效果较好。大迎角需要较大的动量系数才能有效控制。射流频率对涡结构的尺寸和数量会产生一定影响,能改变气动特性波动幅度。较小的射流偏角对轻度失速的控制更有效,而深度失速则需要较大的偏角。     

某机载探测系统自主回收技术的实现

针对某机载探测系统探头回收自动化程度低的问题，提出了在无需操作员干预情况下实现探头自主回收的技术方法。采用了先进的控制算法，将缆位角与探头、缆长进行结合并引入了绞车控制系统，使绞车对探头的回收速度及缆长可进行实时调整，并给出了3种不同缆位角摆动条件下缆长与探头回收速度的控制曲线关系。研发了自主回收装置，设计了能够实现自主回收功能的探头回收机构。实验验证表明：在无需人为干预的条件下，在缆位控制系统及自主回收机构的配合下，系统实现了对探头快速、安全的回收。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

一种飞机大仰角飞行的模糊控制方法

提出了一种飞机大仰角飞行的动态逆模糊集成控制方法。首先使用动态逆方法求得系统的逆，使系统反馈线性化，然后，用具有在线规则自调整的模糊控制方法来确保系统的最终特性。该方法应用在高性能收音机俯仰机动指令系统的设计中，仿真结果表明，所设计的控制器满足操纵品质的要求，并且，在大仰角飞行时具有较好的鲁棒性。     

预移相型恒温热线(膜)流速计的动态响应方程

分析传统恒温热线热膜流速计(简称 HWFA)动态方程后,提出了一种新型HWFA 线路模型——主电桥预移相模型,推导出真实条件下小扰动动态响应方程,并按此原理设计制造了崭新的高性能 IFV—900型 HWFA 样机。该机全部革除了传统HWFA 的三个调节参量,大大地简化了调节步骤;不自激振荡的范围明显增宽,极大地减少了使用上的麻烦;频带宽度比当今世界流行的 HWFA 增宽了2～5倍;加上一系列智能化功能后使自动化程度达到了新的高度。这一新型 HWFA 的问世将可能导至 HWFA技术的重大改进和新的变革。首先阐明主电桥预移相模型的提出和真实条件下小扰动动态响应方程的推导。随后将用若干姐妹篇阐明动态方程频率响应调节元物理值的解析解,频率特性实验分析手段的电扰动试验响应情况的理论分析等内容。