货物在货舱内移动时飞机动态特性的研究

本文根据理论力学和飞行力学的基本原理,对货物在飞机货舱内移动时飞机和货物的运动方程作了详细推导.并对牵引伞的牵引力,约束反力的确定进行了探讨.得出了一些有益的结论.并以Y—8飞机为例,对牵引伞的牵引比、空投速度、空投高度、空机和货物重量、空投货物装置位置和操纵规律等各种田素以及空投操稳特性进行了分析研究.     

牵引比对货物牵引空投运动状态准确性的影响分析

为了明确牵引比参数对空投货物运动状态准确性的影响,采用牵引比参数的条件下,将牵引力与实际牵引伞提供的牵引力进行对比,并建立货物牵引空投运动轨迹模型.通过实例计算出两种情况下货物运动状态,根据计算数据拟合出货物运动状态随时间的变化对比曲线,分析了牵引比参数对货物牵引空投运动状态准确性影响程度,为精确空投中确定货物运动准确状态提供了帮助.     

超低空重装空投中货物运动对飞机的影响分析

为了明确在超低空重装空投过程中的货物运动对飞机的影响,构建了货物运动对飞机的影响模型,并通过实例对货物运动状态以及飞机相应的影响程度进行计算分析,拟合出货物运动状态和飞机三个方向上的受力状态、力矩以及重心偏移量随时间的变化曲线,实现了货物运动过程对飞机影响的可视化。该模型为飞机在超低空重装空投中飞机姿态调整提供了重要依据和帮助。     

重装牵引空投中牵引伞运动状态分析

为了明确牵引伞投放后到货物开锁运动这一过程的变化状态,通过对牵引伞运动状态进行分析,建立牵引伞运动轨迹模型,引入实例对牵引伞随时间变化的运动状态进行计算,并根据计算数据拟合出牵引伞随时间的运动轨迹曲线,实现了牵引伞运动轨迹的可视化。该计算模型为牵引空投中牵引伞投放位置控制以及飞机姿态调整提供了参考。     

运输机空投的飞行动力学建模及仿真

针对现代大飞机双列式空投及重型空投的发展现状,建立了全量模型研究空投过程中飞机动态特性问题。考虑空投过程中货物与飞机之间的运动耦合及货物非对称布局的影响,分别选取货物、全机作为独立实体,在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导空投过程中货物和全机的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了飞机与货物运动耦合的影响及双列投放时的飞行特性,验证了模型的合理性。     

重装空投动力学分析与控制方案研究

针对重装空投任务,基于拉格朗日分析力学,建立了货物在机舱内滑行阶段飞机-货物两体系统的动力学模型.给出了一种控制补偿方案,用以抵消或削弱货物运动对飞机的影响.通过数值仿真,观察货物运动和飞机运动之间的耦合关系,分析了牵引伞尺寸对飞机和货物运动参数的影响.仿真结果表明,所给出的控制补偿方案能够有效改善飞机飞行品质,提高飞...     

运输机超低空重装空投纵向反步滑模控制研究

分析了超低空重装空投的空投流程,针对超低空重装空投飞行高度低、空投对象质量大的特点,把空投对象的位置和移动速度作为状态变量对货物移动时飞机运动的非线性方程进行了研究,该方程能准确描述出牵引伞的拉力、空投对象在货舱内的实时位置和移动速度对飞机姿态和高度的影响。同时,利用反馈线性化方法对模型进行输入输出线性化,并利用反步法与滑模控制相结合的方法,设计纵向滑模自适应控制器,解决了纵向不可参数化的不匹配不确定控制问题,实现了飞机在超低空重装空投时高度的稳定,保证飞机安全地完成超低空空投任务。     

弹性飞机空投载荷设计技术

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。     

运输机超低空重装空投建模与特性分析

采用整体分析与分离体法相结合的建模方法,建立了货物舱内运动状态未知情况下的超低空重装空投过程动力学模型。将货物舱内移动视为对载机的扰动,省去了对货物进行深入受力分析及其运动状态求解的中间环节,简化了模型建立过程。同时,考虑舱内导轨角和牵引力方向时变性,使得建立的模型更加贴近实际空投过程。运输机超低空重装空投过程的数值仿真结果表明,货物移动对载机飞行特性和飞行品质将产生巨大影响。     

运输机空投起始点研究

根据货物空投着陆点及空投轨迹,计算出运输机空投起始点,并将所计算的空投起始点信息提供给航电系统,引导运输机执行空投点航线。空投起始点的研究对运输机实现空投功能及提高空投精度具有重要的理论意义和现实意义。     

重型货物空投系统过程仿真及特性分析

建立了货物空投系统仿真计算模型,包括货台在舱内和舱外全过程的运动特性、降落伞拉直和充气过程的轨迹特性计算等,提出了伞群模拟和多吊带系统分析的新方法。结合目前已有的降落伞性能计算模型和物伞系统运动模型,对重型货物空投全过程进行了完整计算,开发了空投过程三维动画仿真软件,通过与试验数据的对比,表明本模型能很好地满足应用的需要。分析了空投速度、伞包安装位置和牵引比等因素对空投过程的影响,指出了实际系统的改进方向。     

运输机空投舱内压力动态变化数值模拟研究

运输机重装空投时,机舱横截面方向堵塞度较大,快速移动的空投物会造成舱内压力剧烈变化,甚至损害舱内乘员的身体健康,因此,有必要对运输机空投舱内压力的变化展开数值模拟研究。以运输机机舱内大型货箱在牵引伞拉力、重力、摩擦力以及气动力共同作用下 x 方向的变加速直线运动这一流固耦合问题为研究对象,基于运动嵌套重叠网格,对运输机重装空投前舱动态压力变化进行数值模拟,分析模型尺寸、来流速度、机舱堵塞度、投放位置等参数对舱内动态压力的影响规律,进而提出运输机重装空投风洞试验时与舱内压力相关的相似准则。结果表明：运输机执行重装空投任务时,空投物距离前舱位置越近,来流速度越大,堵塞度越大,空投时前舱动态压力变化越大,反之越小;风洞试验时,用空投前前舱压力值为参考量的舱内无量纲数是最准确、合适的舱内压力相似准则。     

货台空投系统出舱过程研究

研究了空投系统的出舱阶段中货台与地板接触模型,采用动力学分析方法建立了统一的出舱运动模型.根据试验设计条件开展系统仿真计算,结果与试验数据基本一致.探讨了货台离机过程对离机后俯仰姿态的影响.使用离机时间评价出舱过程对货台空投精确度的影响,得到了无量纲离机时间的简化算法以方便工程应用;引入了安全距离参数来评价出舱过程安全性,分析了牵引比、质心位置系数和空投时飞机姿态与离机时间和安全距离的关系,为空投系统中货台布局和牵引伞设计等提供了参考依据.     

Variable Structure Control of Catastrophic Course in Airdropping Heavy Cargo

The mathematical model of a transport aircraft would be subjected to a sudden change when heavy cargo is dropped off in airdropping, which exerts serious influences upon the safety of the aircraft. A variable structure controller is specially designed for handling the airdrop process. The nonlinear system is linearized by input-output feedback linearization using differential geometry theories. On this basis, an inner loop system for velocity and attitude tracking control is designed by using the exponentially approaching rule of the variable structure theory. The whole flight control system is integrated with the outer loop flight altitude control. Digital simulation evidences the applicability of the system to potentially catastrophic course in airdropping heavy cargo and provides robustness against system parameter perturbation.     

Development of an efficient contact-friction model for high-fidelity cargo airdrop simulation

High-fidelity cargo airdrop simulation requires the contact dynamics between an aircraft and a cargo to be modeled accurately. This paper presents a general and efficient contact-friction model for simulation of aircraft-cargo coupling dynamics during airdrops. The proposed approach has the same essence as that of the finite element node-to-segment contact formulation, which leads to a flexible, straight forward, and efficient code implementation. The formulation is developed under an arbitrary moving frame with both the aircraft and the cargo being treated as general six-degree-of-freedom rigid bodies, and thus it eliminates the restrictions of lateral symmetric assumptions in most existing methods. Moreover, the aircraft-cargo coupling algorithm is discussed in detail, and some practical implementation details are presented. The accuracy and capability of the present method are demonstrated through three numerical examples with increasing complexity and fidelity.     

Dynamics modeling and control of a transport aircraft for ultra-low altitude airdrop

The nonlinear aircraft model with heavy cargo moving inside is derived by using the separation body method, which can describe the influence of the moving cargo on the aircraft attitude and altitude accurately. Furthermore, the nonlinear system is decoupled and linearized through the input–output feedback linearization method. On this basis, an iterative quasi-sliding mode(SM)flight controller for speed and pitch angle control is proposed. At the first-level SM, a global dynamic switching function is introduced thus eliminating the reaching phase of the sliding motion.At the second-level SM, a nonlinear function with the property of ‘‘smaller errors correspond to bigger gains and bigger errors correspond to saturated gains' ' is designed to form an integral sliding manifold, and the overcompensation of the integral term to big errors is weakened. Lyapunovbased analysis shows that the controller with strong robustness can reject both constant and time-varying model uncertainties. The performance of the proposed control strategy is verified in a maximum load airdrop mission.     

大型装备投放分离过程流场计算分析

空投系统出现物伞空中分离现象,而空投件离机姿态受飞机尾流影响可能是造成安全隐患的重要原因。运用计算流体动力学软件对某装备的空投过程进行了计算,模拟了装备在尾流中的动态运动过程,并对结果作了分析,得到其在气动力、降落伞拉力、重力作用下的姿态变化。分析了空投装备各个方向的受力以及俯仰力矩变化规律,以可视化的方式反映了装备在尾流中的运动过程,说明了飞机尾流对装备的运动有比较大的影响。计算结果为装备投放数字化仿真平台的开发提供了数据准备,同时对航天系统中大型投物的投放如运载火箭空中分离、大型回收物与载机分离等的研究也有一定参考意义。     

基于多目标优化的运输机任务设备配置研究

为得到合理的任务设备配置比例,对运输机任务设备配置进行优化。军用运输机可执行多种任务类型,需要配置不同的任务设备以实现货舱构型的转换。任务设备的配置比例应兼顾任务成功率、经济性和利用率等多目标要求。为此,以小规模运输机队为研究对象,给出了任务设备配置目标优化原则和边界条件,建立了配置模型,运用线性加权和法进行求解,并进行了模型灵敏度分析和偏差分析,得出了各任务设备的最佳配置比例,可解决小规模运输机队的任务设备配置问题。实例证明了配置结果的有效性。