六旋翼无人机旋翼转动对测风准确性的影响研究

旋翼无人机可以代替桅杆实现风场的定点或多点同时测量,但是旋翼转动引起的扰流会对测风的准确性产生影响。利用不同高度的支架,在六旋翼无人机上搭载超声波风速仪进行风洞试验,探究旋翼转动对无人机中心上方各高度处风场的影响以及不同风向角和机身倾斜对测量准确性的影响。结果表明:除个别工况外,旋翼转动均会引起较大的风速相对误差;旋翼转动引起的风速误差随高度呈先增大后减小的趋势;机身水平时,随高度增加,各工况下的风速绝对误差趋于一致,且控制风速大于6 m/s时,风速相对误差随风速增大而减小;旋翼转动对风向角测量基本没有影响。研究结果可为多旋翼无人机搭载测风仪器直接测风的实际应用提供参考。     

基于未知输入观测器的四旋翼无人机故障诊断与模型参考容错控制

对四旋翼无人机（Unmanned aerial vehicle, UAV）姿态控制系统的执行器故障诊断问题进行了研究,在系统模型方面全面地考虑了模型的非线性和四旋翼无人机在飞行过程中受到外部干扰的情况。由于未知输入观测器可以将干扰、误差等作为未知输入进行处理,对干扰不敏感而对故障比较敏感,故设计了一种新的未知输入观测器进行故障诊断。同时为了保持四旋翼无人机在故障发生后的稳定性或者仍然可以按照预定轨迹运动,在得到准确的故障估计后为四旋翼无人机姿态控制系统设计了模型参考容错控制器,使其可以跟踪给定的参考模型。仿真结果证明了本文提出的故障诊断与容错控制方法的有效性。     

变质心共轴双旋翼无人机建模与反步滑模控制

针对共轴双旋翼无人机旋翼组件过于复杂,导致旋翼控制系统可靠性较低的问题,提出了一种依靠三轨变质心机构进行姿态控制的方案。推导了三轨变质心共轴双旋翼的运动模型和空气动力学模型,并分析了不同滑块所处位置和质量占比情况下变质心无人机动力学特性。建立变质心无人机姿态控制系统的状态方程,针对系统中的非线性和不确定性,设计了基于反步滑模控制的姿态控制器。仿真实验表明,所设计的控制器能够在含有外部扰动的工况下有效完成姿态跟踪任务,具备较好的抗干扰能力。     

倾转三旋翼无人机倾转定高控制研究

针对倾转旋翼无人机在倾转过程中的高度控制问题,提出一种基于灰狼优化的神经网络自适应控制方法,用于一种倾转三旋翼无人机倾转过程的飞行控制.首先,建立了无人机的非线性数字仿真模型;其次,基于神经网络自适应控制方法分别设计了无人机的高度控制器和姿态控制器,并用灰狼优化算法对神经网络的参数和控制器的参数寻优;再次,设计了倾转过...     

基于扎根理论-贝叶斯网络的消费级无人机事故致因分析（英文）

为了降低日常使用场景中消费级无人机（Unmanned aerial vehicles,UAVs）的事故率,根据消费级无人机事故案例分析了事故致因。通过扎根理论提取事故致因因素,分析了这些因素之间的关系。构建了消费级无人机事故的贝叶斯网络。利用扎根理论-贝叶斯网络,推断出坠落、空中碰撞、失踪和人身伤害4种类型事故的概率。通过对各因素的后验概率进行反向推理,得到了各事故概率最大的因果链。在分析每个因素的敏感性之后,相应地推断出网络中的关键节点。然后分析了消费级无人机事故的致因因素。结果表明,坠落事故概率最高,坠落事故与人身伤害概率最大因果链相关,作为结果节点的各类事故的敏感性分析结果不一致。     

基于LabVIEW的电控旋翼测控系统设计

以电控旋翼综合试验台为研究对象,基于LabVIEW设计开发了一套电控旋翼测控系统。采用自顶向下的设计方法,将各个需要实现的功能模块化,供顶层统一调用。该测控系统整合了测控系统中各个硬件功能,有效实现了系统运行状态反馈、设备控制、控制参数在线发送、数据实时采集与储存、以及旋翼状态监视系统自动保护等功能。试验实测表明:所开发的电控旋翼测控系统能够实现所需的各项功能并满足性能要求。     

电控旋翼气弹设计参数研究

以有限元旋翼气弹分析程序LORA01为基础，建立了电控旋翼的气弹分析模型，给出了一种有效的旋翼／襟翼耦合配平方法。以此为基础，选取改造后的SA349旋翼为基准旋翼，对电控旋翼的若干设计参数进行了分析研究。这些参数包括：桨叶预安装角、桨根弹簧扭转刚度、襟翼长度、襟翼中点径向位置、襟翼弦长比以及襟翼移轴补偿率。通过参数分析得到适宜的取值范围，可作为电控旋翼设计的理论基础。     

一种无人机鲁棒自适应控制律设计

针对现代无人机作战时存在强不确定性、全包线大机动飞行时的强非线性、战损/故障导致的舵面效能变化问题,提出一种包含基本控制器和补偿控制器的鲁棒自适应控制律设计方法。以鲁棒伺服LQR作为基本控制器,L自适应作为补偿控制器,在保证无人机控制系统稳定性和动态特性的同时,拥有较强的鲁棒性。仿真结果表明了该方法的有效性和优越性。     

WZ—1直升机旋翼桨叶的设计

从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶设计的一般要求，分析了桨叶扭转角、平面形状、浆尖形状等参数对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响，并结合ＷＺ－１无人驾驶直升机的使用要求对其旋翼桨叶进行了初步设计，给出了桨叶的构形和“共振图”。本文的设计和分析方法可用于指导其他直升机的旋翼桨叶设计。     

直升机旋翼翼型及桨叶气动外形反设计分析

建立了一个基于余量修正思想的直升机旋翼反设计计算方法,用于直升机桨叶的气动外形设计研究.使用Poisson方程为控制方程生成围绕桨叶的贴体网格;在悬停状态下建立了以Euler方程为主控方程的旋翼流场求解方法,并采用了嵌套网格方法进行数值计算;在流场计算及网格生成基础上,采用MGM方程作为翼型反设计方程,建立了一套直升机旋翼翼型及桨叶气动外形的反设计方法.应用该方法,分别对二维翼型以及悬停状态下的旋翼桨叶进行了反设计分析.反设计结果表明,在给定的目标压力分布条件下,使用本文方法分别获得了满足要求的二维翼型及直升机桨叶外形,并与目标压力吻合良好.     

变速运动平台上多旋翼无人机自主着陆控制方法研究

为解决多旋翼无人机在变速运动平台自主着陆问题,提出一种以模型预测控制（MPC）算法为基础的无人机自主着陆控制方法。首先传感器采集无人机和移动平台在NED坐标系中的位置矢量与速度矢量信息,然后使用卡尔曼滤波状态方程进行数据处理,最后根据滤波后的矢量参数用模型预测控制算法计算出无人机最优控制量。MATLAB仿真证明,该算法可实现无人机自主着陆于变速运动的移动平台上。     

并行子空间设计算法在电动无人机一体化设计中的应用

应用并行子空间设计算法对低雷诺数电动无人机进行了初步设计.电动无人机涉及多门学科,包括气动、重量、推进系统、性能和操稳.首先开发了电动无人机多学科系统分析软件.并行子空间设计算法利用基于人工神经网络的响应面技术作为系统分析的近似模型.电动无人机初步设计中的设计变量共有29个,其中连续设计变量25个,离散设计变量4个.研究表明,并行子空间设计算法能以较少的系统分析次数在可行域内寻找出一个较好的设计点,并在设计过程中具有适应设计要求(约束)可变性的要求,它为飞行器一体化设计提供了一条途径.     

现代设计方法在UAV气动布局设计中的应用

将现代设计方法学应用于小型无人机气动外形设计中,建立了无人机气动外形设计的箱体模型及其形态学矩阵,以此作为无人机总体方案设计和方案选择的依据,提出了无人机设计中的气动模型、几何模型、动力装置模型等关键要素,给出了确定各关键模型的必要步骤。结合小型UAV任务要求及实例设计,梳理了总体气动外形设计流程,完成了UAV整机及主要外形部件的结构设计,计算了典型飞行条件下运动性能等。充分验证了现代设计方法应用于UAV气动外形设计上的可行性,对无人机和其他飞行器的设计具有一定的参考价值。     

基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法.以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推...     

基于进场雷达引导的无人机自主着陆控制规律设计与仿真

为了实现无人机在进场雷达引导下按照预定的航迹自主着陆,进场雷达会实时测量无人机的航迹并和预定航迹比较产生偏差引导信号发送给无人机,无人机在引导信号作用下通过控制系统不断的调整舵面,来改变其所受到的气动力和气动力矩,实现对着陆姿态和航迹的自主控制。在仿真中采用基于Matlab/Simulink的无人机六自由度非线性数学模型,设计了高度稳定与姿态控制回路,通过对仿真结果的分析,验证了飞行控制系统设计的合理性,实现了无人机按照预定航迹的自主着陆仿真。     

共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展

基于共轴刚性旋翼独特的运动特征,分析了前后行桨叶气动载荷的巨大差异所引起的旋翼严重非定常气动特性,阐述了共轴刚性旋翼特有的升力偏置特性、双旋翼气动干扰特性以及桨毂阻力特性等若干空气动力学问题。在此基础上,针对共轴刚性旋翼的特殊气动问题,概述了目前在空气动力学基础理论、气动布局优化设计、桨毂减阻设计以及相应的气动特性试验等共轴刚性旋翼空气动力学领域的研究进展。最后,基于目前高速共轴旋翼直升机研究的瓶颈问题,指出了共轴刚性旋翼空气动力学领域后续的发展方向和研究重点。     

大机动无人机飞行控制系统的设计与试验

本文着重介绍大机动无人机KJ-9C行控制系统的设计思想和所采取的技术措施,从而解决了如何稳定地进入和安全地退出大机动飞行,以及如何保持稳定盘旋等技术难题。通过方案选择、调节规律的确定、系统的组成、仿真技术的应用和机载鉴定试飞的全过程,证明这套控制系统既能满足无人机的战术要求,又易于工程实现。     

无轴承旋翼直升机气动机械稳定性分析

采用模态综合技术建立了旋翼与机体耦合气动机械稳定性分析模型,并以采用无轴承旋翼的轻型直升机为研究对象,依据机体动力学特性试验数据和旋翼设计数据,进行了地面共振和空中共振分析.研究了一些设计因数对稳定性的影响,讨论了从设计上增大阻尼的方法和在分析方法上还应注重的研究内容,研究结果表明,安装减摆器,并提高其阻尼效率,以及设计对阻尼有利的桨叶气弹耦合是消除无轴承旋翼地面共振和空中共振的重要设计措施.     

基于小波变换和神经网络的直升机旋翼不平衡故障诊断方法

依据直升机旋翼不平衡故障空间与多点机体振动空间存在一对一映射关系的理论,采用某旋翼试验台设置桨距不平衡、质量不平衡以及后缘调整片不平衡的方法获取试验数据。利用小波变换和神经网络处理直升机机体振动信号,并对直升机旋翼单故障和复合故障进行诊断。最终实现了一种利用小波变换处理机体振动信号诊断旋翼不平衡故障的方法。     

四旋翼飞行器减振滤波算法分析与设计

针对四旋翼飞行器在飞行过程中机体振动问题,分析了振动对加速度计输出数据的影响,为兼顾系统可靠性与灵活性,设计了机械防振与数字减振相结合的振动抑制方法。分别利用MPU6500内部低通滤波器、二阶巴特沃斯滤波和八深度窗口滑动滤波对原始数据进行分析,确定了在四旋翼飞行器中采用加速计内部低通滤波器结合窗口滑动滤波来抑制振动噪声的设计方案。通过实验验证,四旋翼飞行器在开机悬停状态下,俯仰角和横滚角均保持在±2°以内,基本消除了机体振动对自动驾驶仪系统姿态解算的影响,可获得较好的减振性能。