四旋翼飞行器建模、控制与仿真

四旋翼飞行器在平面结构上具有4个平均分布且呈十字对称的推进器。建立了机体坐标系和惯性坐标系,根据飞行器的动力学特性建立该飞行器的数学模型;利用滑模控制的方法对所建立的模型进行研究;在满足李雅普诺夫稳定条件下,利用反演控制方法推导出控制滑模面,并建立滑模控制律;最后,在给定参数值的情况下,通过所建立的控制律对该飞行器的滑模控制进行了仿真。     

一种惯性平台三轴同时转位控制方法

以惯性平台系统为导航系统的弹道式导弹在发射之前需要根据目标位置信 息进行发射准备,惯性平台系统的准备时间直接影响导弹的发射准备时间。通过对四轴 平台系统台体、框架及基座间的坐标变换进行分析,推导出了在不同状态下各坐标系间 的角速度转换矩阵,并通过该矩阵提出了一种全新的惯性平台三轴同时转位控制方法。 仿真和实验表明,通过该转位方法可以实现惯性平台三轴同时转位,因此可以大幅缩短 惯性平台在发射前的准备时间,从而提高导弹的快速响应能力。     

螺旋桨升力线理论的匹配渐近展开法分析

在固连于螺旋桨桨叶的非惯性坐标系中,对大展弦比叶片的螺旋奖建立了升力线模型。在匹配渐近展开法分析中引入一假想速度位,导出固连坐标系中的控制方程、边界条件和Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ方程。由匹配渐近展开法的分析表明,在螺旋桨的进距比不是太小的情况下,螺旋桨的升力线理论在固连于螺旋桨桨叶的非惯性坐标系中仍然成立。     

一种极坐标系升力式再入六自由度仿真模型

建立了升力式再入飞行器在极坐标系下的六自由度模型。首先,定义了建模所需坐标系及转换关系;然后,建立了极坐标系下的升力式再入质心运动方程以及面对称飞行器在体坐标系下的转动方程,并利用坐标转换关系建立欧拉角转换辅助方程;最后,对欧拉角关系、开环六自由度进行了仿真验证。仿真结果表明,该模型可为同时关注位置变量和速度变量的升力式再入飞行器的飞行力学问题研究,如六自由度的轨迹优化、制导控制一体化设计等提供模型参考。     

空间飞行器的姿态识别

研究不变矢量在固联和轨道坐标系下的表达,得出了一个坐标系在另一个坐标系中旋转的变换矩阵。并且通过2个不变矢量在不同坐标系中的表达,识别了飞行器在空间绕质心旋转运动的3个欧拉旋转角。此方法已应用于工程实际。     

临近空间太阳能飞行器横航向稳定性

临近空间太阳能飞行器的横航向气动导数和质量特性与常规飞行器存在显著差异,其横航向模态具有不同于常规飞行器的特点。理论分析表明,临近空间太阳能飞行器滚转交感动导数较大,偏航阻尼动导数较小,导致螺旋模态发散;航向气动阻尼力矩和惯性力矩之比较大,因而荷兰滚模态阻尼比较大。为解决常规线性化动力学模型无法体现风场影响的问题,以地速在机体坐标系中的投影作为状态变量,建立了考虑风场影响、适用于地速为0 m/s状态的线性化横航向动力学模型。利用此模型分析了临近空间太阳能飞行器在水平风和垂直风中的横航向稳定性。分析结果表明,稳定风场对横航向模态特征根无影响,但会导致横航向模态特征矢量发生改变。建立的动力学模型可用于此类飞行器的动力学分析和仿真。     

非惯性非正交曲线坐标系中的边界层方程

应用张量分析方法将 N-S方程写于作非惯性运动的非正交曲线坐标系中 ,然后用匹配渐近展开法导出此坐标系中的边界层方程。消去压强项后 ,与惯性坐标系中的边界层方程相比 ,非惯性系中的边界层方程在 x1和 x2 方向的动量方程中分别只多了一哥氏力项 ,它们是由物体转动角速度的物面法向分量产生的 ,其它惯性力项均不进入边界层方程。方程中所含曲线坐标系的拉梅系数及其导数只需在物面上取值 ,物面曲率影响不进入边界层方程     

高超声速飞行器组合导航算法

以高超声速飞行器为对象,建立了卫星/惯性组合导航模型。选择组合系统的状态量并建立状态方程,推导位置观测方程和速度观测方程,通过位置、速度交替组合实现卫星/惯性系统的组合。通过仿真验证算法的有效性,仿真结果表明卫星/惯性组合导航可以得到较好的位置和速度信息,适中的姿态精度信息。     

重力计辅助惯性导航系统的可观测性

本文分析了当出现重力异常时，组合可以校正的惯导系统的可能性。当把卡尔曼滤波应用在重力计辅助惯导系统的校正时，该系统的可观测性是一个非常重要的实际问题，为了解决这个问题，当飞行器在有重力异常的水平面上运动时，导出由于地心坐标系与大地测量坐标系三元素之间的不一致性所形成误差的方程，文中证明了垂直通道中装有重力计的惯性导航系统的可观测性，确定了运动中的飞行器上陀螺稳定平台的位置，速度漂移的可观测性的条件     

地心系下动基座飞行器制导工具系统误差分离

在经典动基座飞行器制导工具系统误差分离中,原点误差不仅影响平台惯性系下的视速度,而且对外测发射系数据也有影响。若仍利用发射系数据进行误差分离,将无法扣除原点误差对外测数据的影响。因此,提出在DX2地心系下进行误差分离,由于地心系下的飞行数据是由测站系转换而来,故地心系下的外测数据不受原点误差的影响。鉴于地心系下误差方程的复杂性,文中利用进化策略方法分离误差,可简化公式推导。仿真计算结果表明:该方法能同时分离制导工具系统误差和原点误差,且分离结果不随原点误差的增大而明显变差。     

航天器惯性及其组合导航技术发展现状

航天器是在地球大气层以外运动的飞行器,也包括部分从宇宙空间返回地球的飞行器。在航天器的飞行过程中,惯性敏感器是实现航天器姿态确定、速度变化测量的关键敏感器之一。随着航天器任务的不断扩展,航天器对惯性器件的使用日趋复杂,高精度定姿、惯性导航、组合导航等技术在应用深度和广度上不断发展。以此为背景,对航天器惯性技术的发展脉络进行了全面的梳理和总结,包括惯性技术的使用方式、技术现状以及未来发展等几个方面的内容。     

速度状态参数的最优观测几何

本文指出飞行器速度状态参数的测量也存在最优观测几何。对三维球面测速定位系统分析的结果是:测量飞行器速度状态参数的最优布站几何与测量飞行器位置状态参数的最优布站几何完全一致。基线长度则分两种情况,由速度观测元素(距离变化率R)误差传播系数ε_(V1)导出的最优基线长度与测量飞行器位置状态参数的最优基线长度完全一致;而由位置观测元素(距离R)误差传播系数ε_(V2)导出的最优基线长度只在满足β=(x~2 z~2)/y~2<1.5的条件下存在。同时,飞行器速度矢量的模以正比例关系影响位置观测元素误差传播系数的值,速度矢量的方向只影响笛氏坐标系中各速度分量间的精度分配值。     

飞行员跳伞模拟训练系统人伞惯性参数研究

针对飞行员跳伞模拟训练系统研发需要,对人伞惯性参数进行了研究.首先,建立了人伞系统体固定坐标系,并在此基础上给出了伞衣、伞绳的惯性参数计算方法;其次,基于Hanavan人体模型,给出了人体模型各环节的重量分配、质心计算、惯性参数的计算方法;再次,基于转动惯量平行轴定理,给出了人伞系统体固定坐标系下惯性参数的计算方法;最...     

美国和澳大利亚成功完成HIFiRE项目第5次试验飞行

据法国宇航防御网2012年9月20日报道,澳大利亚国防科技组织（DSTO）已经成功进行了一次高超声速飞行器试验飞行。 试验飞行器从挪威Andoya探空火箭发射场发射,在到达350km的最高点之后向下俯冲,在20.5km～32km高度时，最高速度达到了8Ma。科学家们认为此次发射是探索高超声速飞行取得的重要里程碑。     

壁面催化对高超声速飞行器气动特性影响

针对高超声速流动中的高温真实气体效应,采用数值模拟求解三维N-S方程的方法研究了壁面催化对高超声速飞行器气动特性的影响规律。研究发现:对于文中所选两类高超声速飞行器———大钝头CEV再入飞行器和仿HTV2高升阻比升力体飞行器,壁面催化对表面压力影响均较小,对剪切应力的影响在飞行器不同部位表现不同:在头部和前缘等强压缩区域,壁面催化对表面剪切力影响明显,在大面积和背风区位置,壁面催化对表面剪切力影响微弱。这是因为壁面催化使得具有更大惯性的大分子气体在近壁处聚集,从而导致更高的速度梯度。由于大钝头外形波阻在整体气动特性中占优,而高升阻比外形头部强压缩区域面积较小,头部强压缩区域剪切力对整体气动特性贡献较小,最终体现为壁面催化对整体气动力影响微弱。     

飞行器空基发射运载火箭技术研究

介绍了国外飞行器空基发射运载火箭的现状;与陆基相比,飞行器空基发射运载火箭有许多独特的优势;对飞行器空基发射运载火箭的技术及其难点进行了梳理,最后分析了飞行器空基发射运载火箭的力学问题。     

基于STK模型的伪距/伪距率组合导航算法研究

传统的组合导航仿真算法采用位置、速度信息组合模式,由于计算误差和测量误差的存在,导致结果误差偏大。本文针对轨道机动飞行器的特点,通过STK卫星仿真软件分别模拟GPS卫星星历及机动飞行器从初始轨道向目标轨道过渡真实轨迹,采用基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧密组合导航系统对飞行器转移过程进行数学仿真计算。结果表明,基于伪距/伪距率组合导航方法,不仅可以修正惯性元件的常值漂移,并且对轨道转移段的速度、位置误差有很好的估计,获得较高的导航精度。     

小型无人机的导航与制导仿真系统研究

研究了基于飞行器动力学模型的小型无人机的惯性组合导航与制导系统仿真技术,组合导航系统嵌入了飞行器的轨迹和姿态控制回路,建立了基于MATLAB/AEROSIM的组合导航计算机仿真系统,仿真系统包括惯性组合导航仿真模块、传感器仿真支持模块、飞行器6自由度动力学模型模块、飞行器轨迹生成、轨迹控制与姿态控制模块、导航仿真评估模块。基于该仿真系统,目前已开展惯性/卫星深组合、惯性/大气数据融合等理论算法和技术研究。     

惯性仪表标定误差的补偿抑制技术综述

本文综述了惯导测试设备误差源、运动参数激励误差、误差传递方法,介绍了如何获取在惯性仪表坐标系下的精准运动参数激励,介绍了惯性仪表测试误差自动补偿、抑制方法。最后综述了惯性仪表测试误差的评估方法,阐述了惯性仪表测试标定技术的发展方向。     

基于飞行仿真平台的相关坐标变换模型

飞行力学中相关的飞行器运动方程都是在地面坐标系中建立的,地面坐标系的前提假设"平面大地"与地球表面具有曲率不符,经纬度能真实反映飞行器的飞行情况,但不能直接运用于飞行器运动方程.针对以上情况,提出了能够运用于地面坐标与经纬度相互转换的模型.在飞行仿真平台上,由飞行器运动方程建立相关的飞行机动动作模型,再由提出的坐标变换模型将运动方程中的相关参数转换为经纬度.实验结果表明,坐标变换模型是合理的,具有实用性,能运用于相关的飞行仿真平台中.