运输机重装空投系统仿真与分析

采用分离法建立了空投系统动力学模型,通过matlab/Simulick进行六自由度仿真,并将仿真结果与实际飞行试验结果进行对比,验证了模型的正确性。对空投速度、飞机质量、货物质量、货物装载位置4种因素对飞机纵向动态特性的影响进行了详细的分析,最终得出最佳空投状态,分析结果可为以后的航空飞行试验提供很有价值的技术参考。     

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...     

重装空投中出舱速度对货物翻转的影响分析

为了明确出舱速度对货物翻转的影响程度,构建了货物翻转运动轨迹模型,并通过实例在不同出舱速度的条件下对货物最大翻转角进行计算分析,拟合出货物翻转角随出舱速度的变化曲线,实现了货物出舱速度对货物最大翻转角影响的状态可视化。该计算模型可为控制合理的出舱速度范围以提升飞机空投安全提供参考。     

单旋翼直升机仿真建模软件设计

本文简单介绍了单旋翼直升机实时仿真建模软件的功能、设计过程以及在软件研制过程遇到的配平问题的处理技术。     

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。     

运输机空投货物建模与任务性能影响因素研究

针对当前运输机空投货物模型可拓展性不强的问题,提出了分离体的建模方法。在无需分析货物与飞机整体质心变化的情况下,分别以货物和飞机为对象进行受力分析,推导了货物与飞机之间的相互作用力,建立了更加贴近实际的运输机单件货物空投和连续空投的动力学模型。最后,通过数值仿真,分析了飞行速度和牵引伞牵引比对空投任务性能的影响。结果表明,飞行速度和牵引比越大,飞机在货物干扰作用下的状态变化量越小。     

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。     

小型无人直升机建模与鲁棒飞行控制研究

以某小型无人直升机为对象,采用分体法分析了机体各部分受力情况。根据力与力矩的平衡关系,获得了无人直升机完整的非线性飞行动力学数学模型。基于所建模型,进行了所有飞行状态下无人直升机的配平计算。根据配平结果,获得了悬停时的线性状态空间模型,在考虑风扰动前提下,采用H∞静态输出反馈控制方法对无人直升机内外回路控制器进行了设计。仿真结果表明,所建模型的配平结果与实际直升机特性基本相符,验证了模型的有效性;H∞综合控制方法较好地实现了对扰动下无人直升机状态的控制,表明该算法具有良好的鲁棒性、解耦性及跟踪特性。     

直升机的非线性模型及配平

论述和实现了定常平飞时,单旋翼涵道尾桨直升机的非线性全量飞行动力学数值模型,建立模型时,考虑了直升机各部件特别是旋翼的动力学模型,考虑了诱导速度分布的非均匀性,以一具有水平铰外伸量及约束弹簧的铰接式旋翼等效算例直升机的真实旋翼。研究了直升机在平飞时的配平,提出了一种求解直升机平飞初值问题的数值方法-最速下降法。以某直升机为算例,建模并配平,结果表明,该模型符合直升机运动规律。     

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.     

舰面流场下的直升机平衡特性分析

主要分析了舰载直升机在母舰甲板上方悬停时的平衡特性。采用CFD方法计算了母舰甲板上方的气流场,建立了适用于舰载环境的直升机飞行动力学模型,计算了UH-60A直升机在流场悬停位置处的配平值。在此基础上,计算了旋翼入流、载荷、功率以及机体姿态状态量的响应。仿真结果表明,舰面流场的非线性、不均匀等特点对计算值影响较大。通过与无离散模型计算结果的对比,表明了流场对直升机旋翼的垂向载荷影响较大,对机体姿态角速率的影响更为显著,破坏了直升机的平衡,对直升机在舰面流场环境下的飞行控制系统提出了更高的要求。     

多激励下某直升机传动系统动载特性

针对由弧齿锥齿轮和行星轮系构成的直升机传动系统,构建了纯扭振动模型,采用集中参数法建立了齿侧间隙非线性动力学方程.通过有限元方法求得了时变啮合刚度,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对动力学方程进行了数值求解,借助动载系数、相图、Poincaré截面图、快速傅里叶变换频谱图等分析手段,研究了传动系统在时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差、外载荷等多种激励作用下系统的动载特性.结果表明啮合刚度对传动系统的影响最大,动载系数最大值为1.5;齿侧间隙对系统响应特性的影响是有限的;啮合误差在一定程度上抑制了齿轮系统的振动;外载荷波动对不同速级的影响不同,动载系数最大值发生在并车传动.     

无通风直升机动力舱火灾温度场数值模拟

采用大涡模拟(LES)技术,针对某型直升机动力舱建立了火灾模型,选择油池火灾作为研究对象,并对火灾场景进行了设计.利用数值模拟的方法研究了不同位置火源动力舱的火灾场,分析了火源位置对火灾热释放速率、速度场和温度场的影响.结果表明:无通风条件下,火源位置的改变影响动力舱火灾的蔓延,并且当火源位于动力舱底部距前防火墙1/4处时,火灾强度较大,对舱内部件的破坏较为严重.因此,在防火设计中应重点对该部位火灾区域进行防范.研究结果可为动力舱灭火系统设计提供参考.      

Safety modeling and simulation of multi-factor coupling heavy-equipment airdrop

Heavy-equipment airdrop is a highly risky procedure that has a complicated system due to the secluded and complex nature of factors＇ coupling. As a result, it is difficult to study the modeling and safety simulation of this system. The dynamic model of the heavy-equipment airdrop is based on the Lagrange analytical mechanics, which has all the degrees of freedom and can accurately pinpoint the real-time coordinates and attitude of the carrier with its cargo. Unfavorable conditions accounted in the factors＇ models, including aircraft malfunctions and adverse environments, are established from a man-machine-environment perspective. Subsequently, a virtual simulation system for the safety research of the multi-factor coupling heavy-equipment airdrop is developed through MATLAB/Simulink, C language and Flightgear software. To verify the veracity of the theory, the verification model is built based on dynamic software ADAMS. Finally, the emulation is put to the test with the input of realistic accident variables to ascertain its feasibility and validity of this method.     

重型直升机飞行动力学刚弹耦合建模及空中共振稳定性分析

针对重型直升机（HLH）大重量、低转速的固有特性,提出了一种适用于重型直升机的飞行动力学刚弹耦合建模方法。该方法结合传统直升机飞行动力学与旋翼机体耦合动力学,将传统飞行力学的分析频段拓展到了5 Hz,额外考虑了桨叶和机体的弹性变形,基于阻抗匹配法推导出了显式的旋翼/机体耦合动力学方程,模拟了真实飞行状态下的直升机气弹耦合特性,利用该模型计算并分析了算例重型直升机的悬停飞行特性和空中共振稳定性。结果表明：旋翼机体耦合导致摆振前进型和机体弹性模态的阻尼-转速曲线先相互靠近至同一点再分离,可能引起直升机的高频瞬态振动;在摆振等效阻尼不足时,旋翼摆振后退型是不稳定的,但随着等效阻尼增加,摆振二阶周期型模态和机体弹性模态会出现耦合;桨叶弹性变形与机体弯曲模态及挥舞集合型耦合,但不会引起明显的不稳定现象。     

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。     

子母弹抛壳过程非定常流动的数值模拟

利用弹簧近似和网格重构相结合的非结构动网格技术,耦合求解Euler方程及弹道方程,模拟飞行在46千米高空、0°攻角、马赫数6.5、壳片分离初速分别为6m/s,12m/s、壳片分离角速度分别为0°/s,50°/s,150°/s的子母弹抛壳动态过程。研究表明,抛壳初期,壳片与母弹周围形成复杂流动,在壳片内表面存在激波的生成、发展、减弱等非定常过程,导致壳片受到气动力随着分离距离增加表现为很强的非线性特征;壳片分离初始角速度对壳片姿态的影响不是线性的,尽管分离初始角速度增加到150°/s,由于转动惯量小、俯仰力矩大,壳片实际飞行姿态达不到设计要求,壳片攻角较小,气动阻力小,导致壳片伴随母弹较长时间飞行;增大分离初速是实现快速分离的有效措施。