俯仰力矩曲线的“勺形”对飞机稳定性的影响

 本文用微分方程定性理论来分析俯仰力矩曲线随迎角变化的“勺形”对飞机飞行稳定性的影响。 结果表明,“勺形”是飞机在小侧滑角下作大迎角非机动飞行时,引起迎角突跃而进入过失速飞行的一种重要因素。“勺形区”的宽度和深度则较大程度地影响这种过失速飞行的特性及其进入与改出的特点。     

直升机悬停状态全耦合飞行动力学模型辨识方法

提出了一种基于集员辨识理论的直升机全耦合飞行动力学模型参数辨识方法.该方法针对直升机飞行动力学模型耦合强,难以得到辨识模型和待辨识参数之间显式函数关系的特点,推导并建立了状态空间微分方程形式模型集员辨识的间接辨识算法.通过引入广义噪声的概念以及对其边界的灵活设定,实现了对辨识参数众多、耦合严重且灵敏度差异大的复杂模型的...     

飞机失速/过失速特性的预测和分析

本文首先简单地介绍了飞机在失速迎角区飞行的一些重要现象,然后根据微分方程定性理论、分支和突变理论,建立了分析飞机失速/过失速特性的数学模型,并讨论了目前飞机设计中常用的预测失速和尾旋敏感性判据如 Cn(?)dyn 和 LCDP 等与平衡点处线化矩阵特征值之间的关系。结果表明,这些判据可以从飞机在特定状态下的线化矩阵经简化得到。因此,它们只能预测失速迎角区的局部稳定性。而全局稳定性应当根据微分方程的定性理论、分支和突变理论来研究。最后,通过算例指出了平衡点和周期吸引子与机翼摇晃、偏离和尾旋之间的关系,并用时间历程作了验证。     

倾转旋翼机的多体运动建模与仿真(英文)

现有的倾转旋翼机建模着重于研究其复杂的气动特性,在飞行动力学运动方程方面则研究不足,均采用了普通固定翼飞机的六自由度刚体动力学方程。然而,倾转旋翼机在过渡模式,旋翼和短舱的倾转使飞机构型产生动态变化,除了造成气动力干扰以外,旋翼和短舱的倾转还会引起重心变化,而且由于高速旋转的旋翼倾转会产生陀螺力矩效应,造成对机体的姿态干扰,采用六自由度刚体动力学方程不能反映由此造成的多体惯性耦合问题。为此,本文提出将旋翼、短舱、机体视为不同运动实体,建立倾转旋翼机的多体动力学方程,以完善其飞行动力学建模。建模过程中首先对各个微元运用牛顿定律和角动量定理,然后对各实体积分得到了惯性系下多体动力学方程,最后通过转换得到机体坐标系下的多体动力学方程组。该方程组在形式上为隐式非线性微分方程组,需首先求解状态微分量的相容初值。然后采用Runge-Kutta-Felhberg积分算法,对隐式非线性微分方程组进行了数值仿真。以XV-15数据为例对模型和仿真算法进行检验,结果表明模型和仿真算法正确。建立的模型和采用的仿真算法对研究倾转旋翼机飞行动力学特性、飞行控制技术、飞行安全问题有重要的理论和实际意义。     

分叉分析在飞机非线性动力学中的应用

深入研究现代飞机大迎角下的线性动力学特性是当今飞行力学的重要研究内容。综述了非线性动力学系统定性方法中分叉问题的基本概念、数值计算方法和相关软件，重点介绍了分叉分析方法在飞机开环、闭环非线性动力学特性分析和大迎角控制律综合以及分叉控制方面的应用。     

鸭式旋翼/机翼无人机飞行动力学建模与分析

针对鸭式旋翼/机翼无人机兼有直升机和固定翼机飞行特性的特点,对其飞行动力学模型进行了理论建模与分析研究。应用动量理论建立了旋翼/机翼尾迹模型,分析了旋翼/机翼尾迹对鸭翼、平尾等气动部件的干扰特性,建立了直升机和转换飞行模式受旋翼/机翼尾迹干扰影响的动力学模型以及固定翼飞行模式的动力学模型。提出了各飞行模式的配平策略,使用Matlab工具箱函数简化了平衡特性计算和模型线性化过程,并进行了不同飞行模式、典型飞行状态的纵向运动稳定性分析。结果表明所建立的模型能够反映该类鸭式旋翼/机翼无人机各飞行模式的典型特性,并可用于飞行控制系统设计。     

共轴式直升机全差动航向操纵的动态响应分析

运用经典的垂直飞行涡流理论及共轴双旋翼全差动操纵的结构特征，推导了共轴式双旋翼直升机垂直飞行的航向动力学方程。根据有关共轴双旋翼在悬停及垂直飞行状态时气动特性的理论和实验数据，得出了共轴双旋翼直升机垂直飞行航向动力学方程的解析式。某型共轴双旋翼直升机计算实例，所得结果与该型直升机飞行特性一致。     

飞机结冰引起的飞行动力学问题探讨

飞机在结冰后，飞行性能、稳定性、操纵性都受到不同程度的影响，对这些问题进行了阐述，并分析了其原因。为定性地说明问题，给出了一些算例和试飞数据。最后，概要性地分析了结冰后的飞行动力学问题，并展望了以后的研究方向。     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

结冰严重破坏飞机的动力学特性，使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显，导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险，易引发飞行事故。为解决此问题，提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法，该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性，可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先，基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界，并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响；其次，利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化，结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法；最后，搭建了飞行仿真训练系统，并以着陆为训练科目，通过与传统迎角安全预警方法对比，得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明，相比于传统迎角限制方法，动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险，且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。     

基于全量运动微分方程的飞机飞行系统仿真

飞行系统仿真是飞行模拟器仿真的重要组成部分.飞行系统数学模型中的运动方程模型可以分为小扰动模型和全量运动微分方程模型.由于小扰动模型不能模拟飞机的全部运动状态,所以研究基于全量运动微分方程模型的飞行系统仿真是必要的.介绍了飞机气动力/力矩计算公式和飞机全量运动微分方程以及在飞行系统仿真中飞机气动力/力矩计算和全量运动微分方程解算所要用到的主要算法公式.针对飞机全量微分方程的解算,较详细介绍了一种改进的变步长Runge-Kutta方法并应用该方法进行了飞机定直平飞无操纵小扰动情况下的仿真.结果表明,该数值方法运行稳定,精度也能达到要求.     

基于多体动力学的大型翼伞系统飞行仿真分析

飞行动力学分析是大型翼伞系统设计及归航方案研究的重要基础。为此,提出了基于多体系统动力学理论的大型翼伞系统飞行动力学仿真分析方法,给出了相应的多体系统模型,建立了系统的运动学约束方程组和飞行动力学变分方程组。通过引入拉格朗日乘子,获得了大型翼伞系统封闭的飞行动力学方程组,对某大型翼伞系统的飞行动力学过程进行了仿真计算。结果表明,与小型翼伞系统相比,大型翼伞系统的稳定滑翔速度大、抗外界干扰能力强、转弯半径大、转弯周期长、操纵响应慢。此外,风速和风向对大型翼伞系统的飞行轨迹和着陆点的位置有明显影响。对于同一具翼伞,回收物重量和初始高度是影响留空时间的主要因素。所提方法可以有效、准确地应用于大型翼伞系统的飞行动力学仿真分析。     

低空风切变系统建模及其对直升机飞行安全威胁定性分析

系统地建立了含湍流的三维低空风切变模型，并综合分析了其对直升机飞行安全的威胁。建立了微下击暴流风场及大气湍流场组合的风切变模型，在不增加计算量的前提下，选取特征点发展直升机飞行动力学模型，有效捕捉了风切变的切变特性，提高了在风场中的动态响应计算精度。模型配备姿态保持功能的控制增稳系统已符合一般直升机的飞行状态，并改善机体响应。根据风速分布的特点，选取不同飞行速度、不同风场位置进行飞行仿真，定性地对比分析状态量变化与风场对应关系，并且以垂向通道为例，从动力学角度分析验证了响应的理论计算表达式。结果表明：湍流主要导致高频姿态角响应，风切变对飞行状态量变化占主导作用，且垂向风是引起威胁的主要因素，据此提出危险风场规避建议。     

物价的微分方程模型的定性研究

通过供给、需求、物价三个量的关系建立了三个物价的微分方程模型：物价的线性微分方程模型(Ⅰ)、(Ⅱ)，物价的非线性微分方程模型(Ⅲ)。物价是影响供给、需求的主要因素，当出现经济不平衡现象时，不论通货膨胀供不应求，还是过剩供给都要采取相应的经济措施，以均衡价格。此三个微分方程模型，是就不同的经济环境引入的，用微分方程定性理论的方法做定性研究，有助于对各种经济环境的分析。     

美国空气动力学飞行试验平台综述

飞行试验、风洞试验和数值计算一起被称为飞行器空气动力学研究的三大手段。归纳分析了美国空气动力学飞行试验平台发展现状,研究了空气动力学飞行试验技术和方法,探究了美国在空气动力学方面开展的飞行试验,可为国内空气动力学飞行试验平台建设提供参考。     

飞机机动飞行的非线性解耦控制研究

本文针对12维非线性飞机动力学模型,利用非线性逆动力学理论和现代最优控制理论设计了一组含有指令静差积分环节的非线性解耦控制规律。这组控制规律使得对状态变量、控制变量以及它们变化率进行加权约束的性能指标极小,并能用平缓的操纵反应和较小的控制能量使飞机达到完全解耦的指定状态。由于这组控制规律计及了飞机动力学模型中的非线性因素,能够弥补飞机机动飞行时非线性特性的恶化影响,在整个飞行包线内都能为飞机提供优良的操纵品质和飞行性能。     

弹性飞行器飞行动力学建模研究

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用“刚性飞行器”的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型.本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性.本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础.     

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.      

基于遥测数据的无人机飞行包线估算方法研究

飞行包线对于无人机的飞行安全至关重要。为了建立更加完善的飞行包线,提出了一种基于遥测数据的气动参数辨识方法结合可达集理论的包线估计综合方法;基于动力学方程建立无人机的气动参数模型,利用辨识模型的参数解算不同高度下的飞行包线,再利用线性系统理论与可达集理论扩展计算不同飞行包线下的相关极限飞行参数;最后,基于某型无人机实际飞行中记录的遥测数据,解算了该无人机的飞行包线,验证了该方法的可行性和有效性。     

第二类拉格朗日方程建模在自动武器上的应用

以高等动力学理论为基础,采用第二类拉格朗日方程建模方法,推导出典型二自由度机构运动微分方程,给出用该方法推导的某航空机关炮二自由度运动微分方程,并对模拟结果进行了分析。     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。