飞翼气动布局飞机纵向短周期等效系统参数辨识技术研究

飞翼布局飞机由于其特殊布局形式,飞控系统设计通常采用高增益大阻尼控制增稳方法,同时飞翼布局飞机的操纵面操纵效率非线性显著,涉及多操纵面组合控制以及控制分配,因此,采用常规的杆力或杆位移作为输入指令,多数情况下无法顺利地激励出理想的纵向短周期模态。本文采用迎角指令跟踪法研究飞翼布局飞机的纵向短周期品质,利用Simulink进行创新操纵面布局飞机的闭环仿真系统建模与验证,并通过小型飞翼布局无人机进行飞行试验评估。结果表明,该方法用于飞翼布局飞机纵向短周期品质试飞时,易于激励出其纵向短周期模态,并可实现飞机精确控制。     

舵面特性对飞翼构型作战飞机短周期品质的影响

 飞翼构型作战飞机采用无尾翼身融合布局,由于取消了平尾,使其稳定性及阻尼特性下降,需要操纵面具有良好的舵面特性才能保证其获得满意的飞行品质。采用3种不同的短周期飞行品质评定方法,评定小展弦比飞翼构型飞机在不同舵面特性组合情况下的飞行品质,并总结了舵面特性与短周期飞行品质等级间的关系,给出了依据操纵导数和舵面偏转速率大小所划分的品质优劣边界。结果表明,舵面特性变差将导致飞翼构型飞机的短周期飞行品质恶化。研究方法及结果可用于指导此类新布局飞机的初步设计和飞行品质的评定。     

小展弦比飞翼布局作战飞机偏航轴飞行品质评定

依据MIL—STD—1797A飞行品质规范,对小展弦比飞翼布局作战飞机的偏航轴飞行品质进行了评定研究。评定结果表明：由于构型的原因,飞翼布局飞机本体的稳定特性和阻尼特性都较差,因此飞行控制系统对其动态响应特性的调节作用更加明显。稳态配平特性主要受构型的影响,飞翼布局飞机一般不能完全满足飞行品质的要求。由于可控性的设计要求需采用多操纵面的组合操纵,控制分配技术导致某些现有的品质准则需要修改。小展弦比飞翼布局飞机取消了垂尾（方向舵）并采用了新型操纵面（ICE）,在某些情形下对偏航轴操纵效能的需求与常规飞机相比存在较大的差异。总之,在飞翼布局作战飞机的构型设计、飞控系统设计以及飞行品质评定条款的制定、实施中,均需考虑这些新的飞行品质特性。     

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。     

放宽静稳定性大型客机纵向控制增稳系统设计

针对大型客机放宽静稳定性后纵向稳定性和操纵品质不足等问题,采用LQG/LTR理论及方法设计了一种纵向控制增稳系统,并通过典型重心位置和飞行阶段的仿真,表明该系统具有比经典控制增稳系统更为理想的增稳效果、鲁棒性、抗干扰能力和操纵品质。     

小展弦比飞翼布局作战飞机可控性设计方法

 飞翼布局飞机取消了常规布局飞机采用的安定面和操纵面,由此引起其可控性设计的诸多新问题。以某小展弦比飞翼布局作战飞机为例,利用风洞试验结果研究了几种典型新型操纵面的操纵新机理及不同飞行条件下的操纵效能等。基于可控性设计的要求,估算了该飞翼构型作战使用所需的三轴最大控制力矩系数。通过引进舵容量的概念提出了新型操纵面的参数化设计方法,最后对这一新布局方案进行了可控性评估,为飞翼布局飞机概念设计阶段的新型操纵面布置和设计提供了一种实用的方法。     

某型飞机纵向静稳定性试飞方法研究

纵向静稳定性试飞属于飞行试验科目中的经典科目,依据CCAR25部要求,传统民用运输机执行此科目时主要考察飞机改变速度所需的杆力方向、杆力-速度平衡曲线以及操纵结束后飞机速度的恢复能力。但对于具有纵向中立静稳定性设计特点的全电传飞机,传统的适航条款和试飞方法都已不再适用。在咨询通告AC25 7C和某型飞机专用条件的基础上,给出了使用操纵品质等级评定方法（HQRM）来开展纵向静稳定性试飞的基本方法和判据要求。     

运输机软式空中受油飞行品质试飞技术研究

运输类飞机完成空中受油类高增益闭环任务的风险性与难度均远远大于轻小类飞机,为此,对运输机软式空中受油的飞行品质试飞技术开展研究。首先,通过设计基础子集任务评估受油机基于空中受油的飞行特性,探索空中受油对接操纵策略;其次,通过研制目标跟踪系统,设计随机指令任务以评估飞行员执行高增益闭环任务时的PIO敏感性;最后,基于目标跟踪系统设计虚拟空中受油试飞任务,探索运输机空中受油试飞方法并研究相关飞行品质试飞技术。通过初步试飞验证,所提方法保障了高风险试飞任务的安全,可为大型运输机软式空中受油飞行品质试飞提供理论指导。     

倾转三旋翼无人机过渡模式纵向姿态控制

对倾转三旋翼无人机过渡模式下定高转换的纵向姿态控制进行了研究,为提高纵向操纵效能、解决操纵冗余问题,设计了模态转换中的操纵控制方案;采用牛顿-欧拉法对飞机进行动力学建模分析,建立了纵向动力学模型并给出了过渡转换路径;通过操纵效能分析对两种操纵机制进行分配,给出了操纵分配的权重和控制律.仿真和实验样机飞行试验地面站数据分析结果表明,按照所设计的操纵分配方案和控制律对飞机过渡模式进行纵向控制,能够使飞机保持平稳过渡.     

飞翼式微型飞行器飞行动力学特性研究

微型飞行器(MAV)非线性飞行力学特性研究是MAV设计中的一个重要环节。由于MAV具有自身尺寸微小,飞行速度低等特点,其空气动力学低雷诺数效应十分明显。飞翼式MAV的非常规气动布局也使得其飞行力学特性与常规飞行器有很大差异。以低雷诺数风洞实验为基础,研究了飞翼式MAV空气动力学特性,提出了1种针对飞翼式飞行器的动阻尼导数计算方法。在飞翼式MAV飞行速度范围内将其运动方程分段线性化以研究其飞行力学特性数值规律。结果表明,飞翼式MAV各项飞行品质指标与常规飞行器存在很大差异,在整个飞行范围内其飞行动力学特性呈非线性变化规律。本文的研究对实现飞翼式MAV自主飞行控制具有重要意义。     

飞机飞行品质规范发展综述

首先阐述了国内外有人驾驶飞机飞行品质规范的发展历程;然后对无人机飞行品质规范的发展现状进行了分析,介绍了国外无人机飞行品质规范的研究前沿;针对飞行品质规范的强制性问题进行了分析;最后总结了对我国飞行品质规范发展的几点启示。     

飞行品质仿真计算与试飞数据对比分析

随着飞行控制系统越来越复杂,试飞过程逐渐向数字化过渡。在开展飞行试验前,通过数值模拟对飞机的主要飞行品质参数进行仿真计算,可以为试飞过程提供参考,提高飞行试验的效率。根据某型飞机的风洞试验数据,建立该型飞机的气动力数学模型,基于Flightgear飞行模拟软件搭建功能完备的实时飞行模拟平台,完成飞行品质的数字化试飞。选取典型试飞数据对所建立的气动力模型与数值仿真结果进行验证,结果表明:数值仿真结果与试飞结果具有较好的一致性。     

短距起飞垂直降落飞行器飞行品质研究

根据短距起飞垂直降落(STOVL)飞行器的特点,研究了STOVL飞行器在飞行品质方面的特殊要求。在总结AGARD 577和MIL-F-83300飞行品质规范的基础上,分析了STOVL飞行器在过渡和悬停状态下对俯仰、滚转、偏航的控制效能要求,以及阻尼比和频率要求。计算了某STOVL无人飞行器在过渡状态下的部分性能和飞行品质,分析了其纵横向稳定性,并根据飞行品质要求提出了一些建议。     

碟式飞行器复合控制的共栖现象

借用生物学概念,首次提出了复合控制的共栖现象概念,并对碟式飞行器复合控制中产生的两类共栖现象进行了仿真研究,比较了与生物共栖的相似点,指出了共栖现象的研究意义和应用前景。     

Measuring flying object velocity with CCD sensors

An autonomous optoelectronic method of measuring the flying objects track velocity vector (TVV) using digital signal two-line CCD sensors has been developed and simulated at the Department of Radioelectronics at the Faculty of Electrical Engineering of the Technical University of Brno, Czech Republic. The principle of the method, the computer simulation of measuring device operations, the application of statistic estimates for the precision of values measured and the presentation of the results achieved are described     

无人机飞行品质评定准则探讨

基于无人机的任务特性,建议按照任务快速性与精确性的要求将无人机飞行阶段重新划分为4个阶段;在此基础上借鉴有人机飞行品质主观评定方法,修改给出了适用于无人机飞行品质主观评定的Cooper-Harper评价尺度;然后以纵向飞行品质客观评定准则为例,分析了有人机飞行品质评定准则对于无人机飞行品质评定的适用性,认为部分有人机飞行品质准则可借鉴应用于无人机飞行品质评定,但其准则边界必须针对无人机的飞行特性进行修改.通过研究,初步形成了无人机飞行品质评定准则研究框架,对无人机飞行品质评定具有一定的参考价值.     

Spacecraft formation-containment flying control with time-varying translational velocity

This paper investigates the problem of Spacecraft Formation-Containment Flying Control (SFCFC) when the desired translational velocity is time-varying. In SFCFC problem, there are multiple leader spacecraft and multiple follower spacecraft and SFCFC can be divided into leader spacecraft’s formation control and follower spacecraft’s containment control. First, under the condition that only a part of leader spacecraft can have access to the desired time-varying translational velocity, a velocity estimator is designed for each leader spacecraft. Secondly, based on the estimated translational velocity, a distributed formation control algorithm is designed for leader spacecraft to achieve the desired formation and move with the desired translational velocity simultaneously. Then, to ensure all follower spacecraft converge to the convex hull formed by the leader spacecraft, a distributed containment control algorithm is designed for follower spacecraft. Moreover, to reduce the dependence of the designed control algorithms on the graph information and increase system robustness, the control gains are changing adaptively and the parametric uncertainties are handled, respectively. Finally, simulation results are provided to illustrate the effectiveness of the theoretical results.     

A novel autonomous self-assembly distributed swarm flying robot

Swarm intelligence embodied by many species such as ants and bees has inspired scholars in swarm robotic researches. This paper presents a novel autonomous self-assembly distributed swarm flying robot-DSFR, which can drive on the ground, autonomously accomplish self-assembly and then fly in the air coordinately. Mechanical and electrical designs of a DSFR module, as well as the kinematics and dynamics analysis, are specifically investigated. Meanwhile, this paper brings forward a generalized adjacency matrix to describe configurations of DSFR structures. Also, the distributed flight control model is established for vertical taking-off and horizontal hovering, which can be applied to control of DSFR systems with arbitrary configurations. Finally, some experiments are carried out to testify and validate the DSFR design, the autonomous self-assembly strategy and the distributed flight control laws.     

Robust image-based coordinated control for spacecraft formation flying

This paper addresses a coordinated control problem for Spacecraft Formation Flying (SFF). The distributed followers are required to track and synchronize with the leader spacecraft. By using the feature points in the two-dimensional image space, an integrated 6-degree-of-freedom dynamic model is formulated for spacecraft relative motion. Without sophisticated three-dimensional reconstruction, image features are directly utilized for the controller design. The proposed image-based controller can drive the follower spacecraft in the desired configuration with respect to the leader when the real-time captured images match their reference counterparts. To improve the precision of the formation configuration, the proposed controller employs a coordinated term to reduce the relative distance errors between followers. The uncertainties in the system dynamics are handled by integrating the adaptive technique into the controller, which increases the robustness of the SFF system. The closed-loop system stability is analyzed using the Lyapunov method and algebraic graph theory. A numerical simulation for a given SFF scenario is performed to evaluate the performance of the controller.     

涡流控制在小展弦比飞翼布局飞机上的应用研究

全隐身布局飞行器采用无尾飞翼布局,此种布局具有很多优点,但是在动态特性上存在一些新的问题,造成了飞行器稳定和操纵的困难.通过对小展弦比飞翼布局飞机进行涡流控制,可以产生较大的控制力矩,从而对飞机进行纵向和航向的控制,改善飞机的操纵效率.控制力矩是非线性变化的,其大小与飞机飞行状态(迎角、速度等)以及喷流的状态(喷流速度、喷孔位置、喷流方向等)有关.将喷流产生的控制力矩应用于飞机的控制,通过对增加喷流后飞机静操纵特性的分析,表明其改善了飞机静操纵特性和隐身性能,具有较好的实用性.