姿态遥控模式下的无人机短周期特性辨识仿真研究

为了探索姿态遥控模式下的无人机纵向短周期模态计算方法,本文以某型机为例建立了姿态遥控模式下的无人机动力学模型,并采用纵向倍脉冲信号对无人机进行了激励。根据响应结果,基于低阶等效拟配法,采用遗传算法对无人机的阻尼、频率特性进行了辨识,对比分析了时域以及频域辨识方法的结果,最后将所得方法应用于某型无人机纵向短周期模态特性辨识。结合飞行员评价表明,频域辨识拟配得出的频域特性比时域特性好,拟配精度更高;所采用的低阶等效拟配方法适用于姿态遥控模式下的无人机纵向短周期特性评价。     

高增益飞机的荷兰滚模态试飞方法研究

阐述了等效系统的基本概念，介绍了高增益飞机荷兰滚模态特性的试飞方法以及采用等效系统拟配的方法计算其模态特性指标。结合某型飞机具体算例，给出了该飞机频域拟配的结果和飞行品质指标图。结果满足国军标对飞行品质的一级要求，表明该计算方法正确，结果可靠。     

飞机操稳特性大导数辨识及随机噪声影响分析

针对飞机研制中操稳特性需求,分别讨论了小扰动理论和参数辨识两种获得飞机稳定和操纵大导数的分析手段,由两种气动布局比较接近的小型无人机ANCE和大型客机Boeing 747数据验证了参数辨识方法的有效性和辨识结果的正确性。在此基础上对两者进行了大导数辨识,并由Monte Carlo仿真分析了飞行试验测量中的随机噪声对大导数辨识精度和模态响应特征值的影响。结果表明:随机噪声对由飞机固有气动特性决定的一些相对较小的大导数辨识精度影响较大,而部分大导数辨识精度较高;随机噪声对长周期和螺旋模态特征值影响较大,短周期、荷兰滚和滚转模态特征值辨识分析结果较为可信。     

基于交叉补偿的开环加闭环反馈控制的协调转弯结构方案设计及仿真验证

现代飞机气动布局的设计导致其荷兰滚运动模态的振荡阻尼减小,使其侧向机动性、协调转弯等控制性能变差。为改善侧向控制系统性能,提高飞机的协调转弯能力,在简要分析早期侧滑转弯姿态控制系统存在的缺陷基础上,基于飞机协调转弯原理,采用开环补偿加闭环负反馈控制思想,设计了一种飞机协调转弯控制方案,该方案增大了飞机荷兰滚运动模态阻尼,减小或基本消除飞机转弯过程中的侧滑,提高飞机协调转弯控制性能。大量仿真显示,所设计的飞机协调转弯控制方案设计是合理可行的。     

模糊神经网络的侧滑角校正

叙述了一种利用模糊神经网络模型来校正侧滑角的方法。侧滑角的校正基于以下七个输入变量：动静压之比、动压、迎角、滚转速率、偏航速率、飞机重心处侧向过载、基准侧滑角。在模糊神经网络模型的结构辨识中，采用了前向搜寻算法。样本数据的一部分用于训练模糊神经网络，另一部分用于测试和评价所得模型的性能；参数辨识中，采用了反向传播学习算法（即BP算法）。某型飞机的六自由度仿真软件仿真验证表明，用这种方法校正后的侧滑角具有较高的精确度。     

基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计

以某型无人机的数学模型为基础,提出j了基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计方法,分为纵向和横侧向分别进行控制律设计.纵向通道中,把高度保持控制律的设计转化为跟踪问题,再把跟踪问题转化为标准H∞控制处理,控制高度输出稳定不变;横侧向通道中,以H∞控制滚转角,实现内回路的设计,以PID控制偏航角速率和侧滑角,实现...     

基于视觉信息的无人机自主着陆过程姿态角简化计算方法

研究了一种基于地平面算法的无人机着陆过程中姿态角估算的改进方法。通过地面坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵、机体坐标系到摄像机坐标系的变换矩阵、机体坐标系到地面坐标系的变换矩阵求解,确定无人机的姿态信息;利用无人机着陆过程中跑道的图像地平线和跑道数据等特征提取,在获取摄像机姿态角的基础上,计算无人机的滚转角和俯仰角,用跑道特征来估算无人机偏航角;通过矩阵变换解算出无人机的姿态角,并通过仿真进行了实验验证。该方法对摄像机的安装位置没有特殊的要求,解除了传统方法对摄像机安装位置的限制,简化了无人机姿态信息的求解方法。     

乘波体荷兰滚模态特性研究

乘波体非轴对称、扁平、大长细比的几何外形特点决定了其存在严重的横航向耦合动稳定性问题。目前对乘波体横航向稳定性的研究还相对较少,且一般只针对单一外形,对飞行器设计未能获得有指导意义的定性、定量结论。以幂次乘波体为研究对象,首先引入设计参数kw和φ描述其外形特点,然后结合CFD数值模拟和Kriging代理模型,获得了整个设计参数空间内乘波体的静/动导数,进而通过求解飞行动力学耦合方程特征根获得乘波体的横航向耦合动稳定荷兰滚模态特性。定义了荷兰滚动稳定性导数的概念,推导了荷兰滚阻尼近似表达式,解释了不同攻角下荷兰滚模态发散/收敛的成因,获得了荷兰滚阻尼随设计参数和攻角的分布规律。推导了荷兰滚频率近似表达式,获得了荷兰滚频率随设计参数和攻角的分布规律。     

大型运输机推力不对称补偿控制律设计

为了补偿推力不对称对大型飞机造成的影响,基于推力不对称对飞机姿态及运动的影响分析,提出了引入侧滑角反馈的横航向控制律补偿方案,并进行了仿真验证。仿真结果表明,补偿后的控制律能够减小侧向偏离、侧滑角及滚转角,保持航向和飞行姿态,从而减轻了飞行员负担,保证了飞行安全。     

细长三角翼滚转/侧滑耦合运动效应分析

通过耦合求解NS方程组和刚体动力学方程组,数值研究了80°后掠三角翼自由滚转/自由侧滑的耦合运动特性。通过与单自由度翼摇滚特性比较,发现滚转/侧滑耦合条件下三角翼的摇滚现象更为剧烈:在相同的滚转角下,耦合运动的滚转角速度更大,具有相同角速度时,耦合运动所达到的滚转角更大。研究表明:滚转/侧滑耦合条件下,涡流的非对称迟滞振荡仍是维持三角翼周期性等幅摇滚振荡的流动机理;摇滚过程中法向力的侧向分力是产生侧滑运动的主要原因;左滚右侧滑、右滚左侧滑是三角翼滚转/侧滑双自由度耦合运动的作动机制;侧滑运动的引入,导致迎角和侧滑角随滚转角迟滞变化,强化了三角翼摇滚过程中的迟滞效应,加剧流动结构的非对称特性。     

飞翼布局无人机着舰飞行动力学分析

飞翼布局无人机具有独特的气动特性,研究飞翼布局无人机着舰飞行动力学特性对设计无人机着舰控制律具有重要意义。针对飞翼布局无人机着舰下滑飞行过程,建立六自由度飞行动力学模型,并通过对着舰飞行轨迹稳定性的分析,根据飞行品质对飞行轨迹稳定性的约束,计算达到一级飞行品质要求的着舰飞行速度。通过配平计算和小扰动线性化处理,得到无人机着舰下滑运动线性模型,并分析无人机纵向和横航向的固有模态特性。结果表明,飞翼无人机着舰下滑过程中,纵向的长、短周期模态及横航向的滚转和螺旋模态收敛但收敛慢,荷兰滚模态发散。     

数字化试飞平台下基于PSO的某型初级教练机飞行品质参数辨识试飞工程方法研究

飞机飞行品质系统辨识是根据飞机系统的输入和输出响应时间历程求取该系统的数学模型及模型中的各参数的过程.本文给出一种在飞行试验中辨识飞机飞行品质短周期模态特性参数辨识试飞工程方法,首先应用连续域等效低阶系统传递函数来描述飞行品质模态特性系统,然后采用基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,...     

遥控驾驶无人机时间延迟与飞行品质分析

时间延迟是影响遥控驾驶无人机飞行品质的一个重要因素,在有人驾驶飞机飞行品质标准中,存在有效时间延迟和等效时间延迟两种概念以及相应的评估指标。对比有人驾驶飞机时间延迟的概念,分析了无人机时间延迟的组成,从飞行品质的角度出发给出了无人机时间延迟的定义和测量方法。利用飞行试验的手段,在遥控操纵模式下进行了典型试飞任务的试验,并基于试飞数据和试飞员评价,初步给出了时间延迟的试飞评估方法。     

结冰对飞机横航向飞行品质的影响

针对结冰后飞机横航向飞行品质问题,引入结冰影响模型,对不同结冰条件下的飞行动力学特性进行仿真。基于仿真结果和典型模态特性,利用等效系统拟配原理在时域范围内对飞机结冰后的滚转角变化进行了分析。提出基于典型模态下对飞机横航向时域响应进行拟合,从而计算出结冰后横航向模态特性参数的方法。根据计算结果,分析了不同结冰严重程度对飞机横航向飞行品质的影响。仿真结果表明,结冰后飞机横航向模态特性变差,飞行品质发生降级,对飞行安全构成了严重威胁。     

作动器故障下的无人机容错控制方法

在执行任务过程中,无人机的传感器、作动器等均可能出现故障。文章针对常规布局无人机的作动器故障,提出了 1种反步法和控制分配相结合的容错控制方法。首先,建立无人机数学模型,并对作动器故障进行分类和建模;然后,根据模型设计反步最优控制器和基于控制分配的容错控制器;最后,通过仿真验证表明,所设计的容错控制方法能够实现作动器故障下的姿态快速稳定控制,且稳定性好,基本无侧滑角,各操纵面均在约束范围内,达到容错控制要求。     

直升机抛射物体平衡及稳定性分析

基于部件级建模理论建立了建立直升机-外挂装置系统六自由度飞行动力学模型。对所建模型进行了配平计算,与参考数据进行了对比。计算分析了不同速度下采用不同方式抛射物体时直升机的稳定性。结果表明,单侧抛射由于反冲力不对称,抛射物体对于直升机的滚转角和横向周期变距有显著的影响;随飞行速度增大,抛射物体对于直升机横向荷兰滚模态稳定性影响增大,当前飞速度达到50m/s以上时,荷兰滚模态演变为两个发散的非周期模态,稳定性明显变差,直升机应在较低速度下抛射物体。      

特征结构配置在飞机模态解耦中的应用

主要对特征结构配置在飞机模态解耦中的应用问题进行研究,并以某飞机横航向小扰动运动为例,按照飞机飞行品质规范要求,给出荷兰滚模态和滚转模态解耦控制的设计方法。     

基于遥测数据的无人机气动参数辨识方法研究

针对无人机在高空低速飞行时易受风场影响及在数据分析时遥测数据不完备的问题,进行了气动参数辨识方法研究,提出了基于空速管平面矢量三角形的风场估计方法及基于风场信息修正的气动角估计方法。以某型无人机为例,对遥测数据进行了充分分析与信息综合,运用逐步回归方法进行了纵向气动参数辨识,并进行了实验验证。结果表明,模型计算结果与实测数据吻合较好,说明所提方法有效。考虑到辨识模型的数学本质,该方法对其他固定翼无人机同样适用。     

基于迭代滤波的上升段不确定参数辨识

针对扩展卡尔曼滤波进行高超声速飞行器在线参数辨识时无法准确辨识参数的不确定性问题,提出了在线实时参数修正的迭代滤波辨识方法。首先,推导了包含侧滑角和推力的三自由度动力学方程;其次,提出基于第一次滤波辨识结果在线实时修正空速并进行第二次滤波的迭代滤波辨识策略;然后,采用一阶马尔科夫过程描述不确定性参数模型,并将不确定性参数增广到系统状态中,建立了基于扩展卡尔曼滤波理论的参数辨识模型。仿真结果表明,这种辨识方法可以有效解决在风场条件下大气密度不确定性无法准确辨识的问题。     

民用飞机侧滑角传感器安装位置数值研究

侧滑角传感器的安装位置会影响当地侧滑角测量的准确性,并且其尾迹涡可能会影响到布置在机头两侧其他传感器,因而研究侧滑角传感器的安装定位对民用飞机的操控特性和安全性有着重要意义。采用基于非结构网格的计算流体力学(computational fluid dynamic,简称CFD)数值模拟方法研究了侧滑角传感器安装位置对机头附近当地侧滑角和对当地攻角的影响。计算构型分别为全机干净机身构型和全机干净机身加上安装在机头上两组不同位置分布的侧滑角传感器构型。计算工况为来流马赫数0.85,来流攻角±2°,干净构型的来流侧滑角为0°～20°,传感器构型来流侧滑角0°和10°。对三种构型的流场、机头偏移面处当地侧滑角、当地攻角分布和无量纲涡量分布进行了分析比较,得到侧滑角传感器处当地侧滑角随来流侧滑角的变化规律,以及侧滑角传感器的尾迹影响区域及其对机头两侧当地攻角分布的影响,并给出了侧滑角传感器尾迹影响下机头两侧攻角传感器的合理布置区域。