自由飞试验模型惯性矩的测定

作者根据多年来自由飞试验的实践，叙述了自由飞模型惯性矩的调试、计算、误差分析处处理的试验与方法。     

基于多约束优化的自由飞模型结构设计

模型自由飞试验要求模型能够模拟真实飞机的质量、重心和惯量矩,而当前自由飞模型结构设计时仅考虑强度约束,通常会造成质量分布不合理,后期需要增加配重,对于小质量的缩比模型极易出现惯量矩超出限制范围的情况。利用CAE软件构建全机模型,以缩比模型的强度、质量、惯量矩等为约束条件进行多约束优化,可以得到合理的结构设计,满足惯量矩要求,节省后续工作时间,具有较强的工程实用价值,并在实际应用中得到了验证。     

低速风洞带动力模型自由飞试验

为在风洞中模拟飞行器六自由度飞行的物理过程,获取飞行器流动/运动/控制耦合特性,对低速风洞带动力模型自由飞试验技术进行了研究。基于相似准则,在大型低速风洞建立了试验系统,利用纵向静不稳定的动力学相似缩比模型飞机,经过飞行控制律闭环控制增稳后,开展稳态飞行、施加标准激励验证飞行、控制律参数调整验证飞行、大迎角飞行等自由飞试验,并将试验结果与原型机飞行仿真结果进行了对比研究。结果表明,基于相似准则建立的低速风洞带动力模型自由飞试验系统,能够有效模拟飞机闭环控制飞行过程,试验结果准确反映原型机的稳定与控制特性。低速风洞带动力模型自由飞试验验证了原型机的飞行控制律,预测了其大迎角失速/偏离特性,形成了飞行器气动/飞行力学/控制一体化风洞试验研究能力。     

悬停和前飞状态下旋翼在导弹发射线上的诱导影响计算

应用自由尾迹方法和旋翼配平模型,建立了一个悬停和前飞状态旋翼在导弹发射线上的诱导速度计算模型.基于该模型,以AH-1G直升机缩比模型为算例,计算了悬停和低速前飞状态导弹在发射线上受到的气流诱导影响,并通过与可得到的试验结果对比验证了计算方法的有效性;以Z-9直升机为算例,计算了悬停和前飞时的旋翼尾迹边界,分析了导弹在发射线上受到的下洗影响随直升机前进比的变化规律,表明了在大于某一前进比后,旋翼下洗流场对导弹发射线的诱导影响很小.     

8m低速风洞虚拟飞行试验技术研究

针对大尺寸缩比飞机模型的气动/运动/控制耦合问题,发展了基于8 m大型低速风洞的虚拟飞行试验技术,开展了4 m尺寸的大展弦比类飞机模型虚拟飞行验证试验,并将试验结果与虚拟飞行环境下的仿真结果进行对比。试验系统功能稳定可靠,设计的试验支撑装置运动范围大、可兼顾单/双/三自由度试验,且满足大载荷受力条件;姿态测量精度优于±0.3°,可实时测量舵面位置且延迟不足0.1 s;俯仰和滚转闭环控制试验响应历程和仿真结果平均偏差不超过5%。研究结果表明,8 m风洞虚拟飞行试验技术能够有效模拟大尺寸缩比模型的机动运动,并具备纵向、航向及横向耦合闭环控制试验模拟能力。     

大型飞机研制与模型自由飞试验技术

大型飞机研制过程中需要进行静态测力风洞试验,获得飞机小攻角条件下的气动特性,但对于飞机失速偏离尾旋研究,静态测力试验是不够的,无法获得飞机在失速过程中的动态特性与过渡过程。模型自由飞试验是一种动态试验,是通过飞机缩比模型来研究飞机的失速偏离尾旋问题,包括风洞模型自由飞试验和大气模型自由飞试验。     

小型通勤类飞机失速特性的自由飞验证试验研究

在对某小型通勤类公务机进行风洞实验预测时,发现飞机失速后其滚转特性会发生急剧变化。在分析该型飞机风洞实验结果的基础上,采用机翼加装失速条的失速特性方法,通过缩比模型自由飞试验进行飞行验证,分析在巡航构型和着陆构型状态下原始机翼和机翼加装失速条后的试飞结果。结果表明:缩比模型自由飞试验能够验证机翼风洞试验的预测结果,加装失速条的失速特性改进方法可以改善飞机失速特性。     

几种动态模型自由飞试验技术

目前在国外应用最广泛的动态模型自由飞试验技术包括三种方法，即：水平风洞模型自由飞，垂直风洞模型自由飞和露天投放模型自由飞，分析了每种方法的关键技术问题，比较三种方法的优缺点，说明在型号设计中应用范围。最后提出几点看法，并建议尽快建立必要的试验设施，研究试验方法，加速我国大迎角／尾旋动态模型试验技术的发展，为型号设计和航空科研服务。     

导体与非导体介质翼型的缩比模型RCS数值计算分析

应用二维电磁散射有限元算法理论考虑了几组导体和非导体介质翼型的缩比计算模型,计算出缩比模型的RCS并与1:1模型进行对比.结果显示,导体翼型的缩比模型RCS计算结果与推及的二维导体外形缩比模型测量定律完全符合;非导体翼型的缩比模型在等效阻抗增大时,按缩比测量定律计算的RCS与1:1模型间的相对误差越来越大,但在等效阻抗小于0.5时缩比定律是有效的.     

模型自由飞试验研究的回顾与现状

本文通过回顾早年航空发展史的几个重要片断,阐明了模型自由飞这种试验研究方法,在促进人类第一个带动力的重于空气航空器问世所起的作用.并从11个方面,对当今的模型自由飞试验研究之模式——升空/ 推进/ 测量/ 控制/ 回收、模拟能力、研究内容作了——描绘.     

单线扭摆测定惯性矩的问题

叙述了单线扭摆的结构原理，同时说明了用此摆测量惯性矩的方法及误差处理问题。     

用于质量特性参数测量的新型气浮扭摆台

常规扭摆台采用滚动轴承和扭杆振动结构,纵向尺寸大、测量精度低、抗倾覆力矩小,不能满足质量特性参数综合试验台的要求,必须对其进行结构的分析和优化。本文提出交叉弹簧板结构替换扭杆,减少了扭摆台纵向尺寸,分析和实验表明该结构具有和扭杆相同的振动效果。将滚动轴承替换为气浮轴承,提高了抗倾覆力矩,测量精度最高达0.1%;采用有限元法对柱坐标系下修正的雷诺方程进行仿真计算,研究气浮轴承结构参数对承载能力和抗倾覆力矩的影响规律,确定了给定轴承外径下的最优几何参数。实验表明,改进的试验台提高了测量精度和振动稳定性,对卫星等飞行体质量特性参数的测量有重要的意义。     

基于内模原理的变质心弹头控制

研究了变质心弹头对配平攻角的能达性条件。针对气动力矩小于滑块惯性力矩的控制失稳问题,利用内模原理,通过增加滑块动力学观测器,将滑块状态引入并结合逆解耦机制,达到去惯性力矩化的局部姿态角速度反馈条件,使用自适应PD控制实现弱气动环境下的变质心稳定控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

落体法测定转动惯量

利用地球重力场可以测定转动惯量，我们称这种方法为落体法。文中介绍了两种落体测量方法，说明了它们的作用原理及其它有关问题。这些方法的测量不确定度为５％。利用这些方法可以测量质量未知物体的转动惯量。     

轴盘系统扭转振动模态的精确解

本文将轴盘系统简化了带有集中转动惯量的阶梯轴，用连续质量法导出了其扭转振动模态的精确表达式。     

基于LSTM的空间机器人系统惯性张量在轨辨识

在空间机器人抓捕目标的过程中,整个系统的惯性张量会随时间变化且在目标被捕获瞬间发生突变,这会严重影响整体姿态控制的精度。针对以上问题,提出了一种基于长短期记忆（LSTM）的系统惯性张量在轨实时辨识方法。首先,对于目标捕获前后的2个阶段,利用拉格朗日方程建立了空间机器人的动力学模型;然后,基于所建空间机器人模型采用域随机化方法生成足量训练数据,并用其对由LSTM网络与多层全连接网络构建的参数辨识网络进行训练;最后,使用训练好的参数辨识网络对系统惯性张量进行辨识。数值仿真结果表明：所提方法能够精确辨识空间机器人抓捕过程中的系统惯性张量,所研究系统的主惯量平均相对辨识误差小于0.001,惯性积的平均相对辨识误差小于0.01。     

双线摆桨毂吸振器减振效率评估研究

建立了双线摆桨毂吸振器与旋翼和机体的耦合动力学评估模型,通过分析桨毂振动载荷作用下机体的振动响应,评估桨毂上安装双线摆吸振器的减振效率,分析了旋翼、机体模态特性对双线摆减振效率的影响。研究结果表明,双线摆桨毂吸振器的引入实质上是对耦合系统进行调频,旋翼桨毂载荷及量值是确定是否采取双线摆减振设计措施的重要前提。     

大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究

针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。     

Analysis of the cylinder block tilting inertia moment and its effect on the performance of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps of aircraft

Electro-hydrostatic actuator (EHA) pumps are usually characterized as high speed and small displacement. The tilting inertia moment on the cylinder block produced by the inertia forces of piston/slipper assemblies cannot be ignored when analyzing the cylinder block balance. A large tilting inertia moment will make the cylinder block tilt away from the valve plate, resulting in severe wear and significantly increased leakage. This paper presents an analytical expression for the tilting inertia moment on the cylinder block by means of vector analysis. In addition, a high-speed test rig was built up, and experiments on an EHA pump prototype were carried out at high speeds of up to 10,000 r/min. The predicted nature of the cylinder block tilt at high speeds corresponds closely to the witness marks on the dismantled EHA pump prototype. It is suggested that more attention should be given to the tilting inertia moment acting on the cylinder block of an EHA pump since both wear and leakage flow between the cylinder block and the valve plate are very much dependent on this tilting moment.     

大载荷摆动情况下飞行器姿态控制研究(英文)

天文观测卫星的主敏感器安装在一个具有二自由度、并直接与卫星平台相连的万向支架上。因敏感器的质量和长度不能忽略,故卫星姿态及其质心位置、转动惯量等结构参数将因敏感器与卫星间的角运动而发生改变,因此大载荷摆动情况下的飞行器姿态控制是本文研究的重点。本文根据动量矩定理推导出了存在内部相对运动的二刚体动力学模型,卫星系统的转动惯量将由该模型确定。由卫星的当前及其期望姿态四元数,构建出描述卫星姿态偏差的拟欧拉角;对拟欧拉角进行规范化处理,以保证三通道所对应的拟欧拉角分量分别由控制力矩的3个分量所控制。之后,提出了基于拟欧拉角的姿态开关控制律,该控制律可保证三通道所对应的相轨迹可沿开关线滑向坐标原点(其期望状态)。仿真结果表明,即使是在结构不对称和三通道严重耦合的情况下,该控制律也能保证卫星姿态可以得到较好的控制。