超声速飞行器FADS系统实时解算设计与验证

针对典型超声速飞行器的头部外形,采用CFD数值模拟方法计算获得超声速飞行器头部测压点阵列的压力数据,设计了基于BP神经网络技术的求解算法和基于FPGA+DSP构架数字信号处理的解算机、飞行马赫数2.0~4.5的嵌入式大气数据传感系统实时解算方案。应用蒙特卡罗法分析测量总误差对算法模型的影响,并获得满足嵌入式大气数据传感系统设计目标要求的测量系统总误差。算法在解算机上完成1次计算所需时间1ms,完全可以满足嵌入式大气数据传感系统算法实时解算设计的要求。在1.2m×1.2m超声速风洞完成求解算法的实时解算试验,试验结果与风洞系统的测量结果基本吻合,系统在实时解算过程中未出现异常、能灵敏反映出来流参数变化、具有很好的鲁棒性和敏捷性。静压测量相对误差≤6.9%,马赫数测量误差0.1,迎角和侧滑角的测量误差均1°。最后还分析了试验误差影响因素,提出了试验改进的方法。     

高性能飞行器大气数据传感技术研究进展

大气数据是飞行器导航和控制的重要参数，大气数据传感技术是实现飞行器飞行安全及性能发挥的重要保障。针对高性能飞行器对大气数据传感技术的发展需求进行分析，重点介绍了传统大气数据传感技术、嵌入式大气数据传感技术、光学大气数据传感技术及虚拟大气数据传感技术的发展和特点，并对推动嵌入式大气数据传感技术发展的相关技术问题进行了分析和总结，最后对大气数据传感技术的发展进行展望。     

飞行器飞行大气数据传感技术发展现状与展望

飞行器飞行大气数据传感技术是现代飞行器全包线飞行控制、通信导航和武器打击轨迹精确控制获取飞行大气参数测量的关键或重要途径。回顾了飞行器飞行大气数据传感技术发展历程,阐述了技术跨代发展的驱动因素和系统架构设计、压力受感与传递转换、参数解算模型设计、复杂气象环境适应性设计、系统校准与飞行验证五项关键技术解决情况,分析了现有技术的不足与缺陷,从现代飞行器发展与应用需要出发,结合工程技术研究成果,提出了飞行器飞行大气数据传感技术未来重点发展方向。     

嵌入式大气数据三点解算方法初步研究

针对新一代航空航天飞行器大气数据受感系统研制的工程需要,介绍了嵌入式大气数据受感系统设计的基本准则,采用理论分析与风洞试验相结合的方法,给出了"三点算法"的初步研究结果。研究结果表明:研究方案设计合理,在试验条件下,获取的模型前机身压力分布结果,量值可信,压力分布趋势合理;开展嵌入式大气数据系统设计的研究结果具有工程实用性,为新一代航空航天飞行器嵌入式大气数据受感系统气动设计奠定了基础。     

高超声速飞行器嵌入式大气数据传感系统测压点布局

<正>精确测量大气飞行数据对于现代飞行器是至关重要的,全部的大气飞行数据可以由迎角、侧滑角等数据描述,利用这些参数,其他大气数据便可以推算出来。对于高超声速飞行器,随着速度的增加,温度逐渐升高,飞行环境便越来越恶劣,传统的大气数据传感系统已经不能满足高超声速的飞行状态。嵌入式大气数据传感(Flush Air Data Sensing,FADS)系统可以适应高超声速飞行时的高热状态,它通过机头表面压强测量值,通过一定的算法,可以得     

FADS系统迭代算法的收敛性分析

嵌入式大气数据传感系统采用分布在飞行器前端周线上的压力传感器阵列测量的压力推导大气参数的.介绍了采用迭代法推导大气参数的方法,针对迭代过程中出现的发散问题,提出采用小扰动线性化分析法解决多变量叠代算法的收敛性分析.最后应用Matlab仿真验证,仿真结果表明,在一般的超声速状态下(马赫数小于4.5),该算法是收敛的.     

尖楔前体飞行器FADS系统的神经网络算法

对人工神经网络算法在尖楔前体飞行器用嵌入式大气数据传感系统(Flush Air Data Sensing System,FADS)中的应用进行了探讨。针对该FADS系统存在的建模困难及解算精度低的问题,采用BP神经网络算法代替传统的空气动力学模型,通过合理选择网络结构参数及训练验证,分别建立了FADS系统的含有单隐含层的三层网络模型及含有双隐含层的四层网络模型,对攻角、侧滑角、自由来流静压及马赫数等参数进行求解。数值仿真结果表明,建立的用于尖楔前体飞行器的FADS系统的神经网络算法求解精度较高,且含有双隐含层的网络模型精度优于单隐含层的模型精度。     

FADS系统参数的解算和校正方法

<正>嵌入式大气数据传感(Flush Airdata Sensing,FADS)系统是一种通过嵌入在飞行器前端或者机翼前缘的压力传感器阵列来测量飞行器表面测压孔的压力,并由测得的测压孔压力通过特定的解算算法来获得大气数据的传感系统。1 FADS系统的空气动力学模型通过将位势流模型与修正的牛顿流模型用形压系数ε相结合得到FADS的空气动力学模型。形压系数ε是马赫数Ma∞、当地迎角αe与当地侧滑角βe的函数。入射     

小扰动线性化分析法在嵌入式大气传感系统中的应用

介绍了嵌入式大气数据传感系统三点法计算大气数据的方法,提出采用小扰动线性化分析法解决多变量叠代算法的收敛性分析,最后应用Matlab软件进行了计算验证。研究结果表明,在一般的超声速状态下(马赫数小于4.5),该算法是收敛的。     

嵌入式大气数据传感系统压力传感器设计研究

嵌入式大气数据传感(FADS)系统较之传统的大气数据系统有很大的优势,它依靠飞行器前端的压力传感器间接得到飞行大气数据.在本文中,首先简要介绍了FADS系统的压力模型;然后通过分析压力传感器几何外形设计对系统性能的影响,建立了压力传感器的动力学模型,并提出了FADS系统中的压力传感器的设计准则;最后给出了仿真结果.     

FADS/INS组合法迎角、侧滑角测量方法研究

嵌入式大气数据传感(FADS)系统比传统迎角、侧滑角传感器在测量精度、可靠性、隐身性能上都具有较大的优势,因此该系统可被应用于各型飞行器上。但由于该系统在获得大气参数方面存在延时,所以,它在飞行器机动飞行状态下,迎角和侧滑角的测量精度会下降。针对这一问题,本文提出了以FADS测量结果为基础,采用惯性导航系统(INS)测量的迎角、侧滑角变化量进行修正的FADS/INS组合法迎角、侧滑角测量方法。理论分析和仿真结果表明,该组合系统在飞行器处于平稳和机动飞行时,对迎角、侧滑角的测量均能获得较高精度。     

基于RBF神经网络的FADS系统及其算法研究

以典型的十字形布局的大气数据传感系统及其跨声速应用为研究对象,基于RBF神经网络,设计了新的FADS算法和故障检测处理方法。将测压点按不同功能进行精细的划分和组合,形成更加精简、目的性更强且相互独立的RBF网络处理子模块,利用各子网络模块提供的冗余特性,使用基于故障特征向量表的方法,实施简单而有效的故障检测与处理。仿真验证表明,迎角与侧滑角的测量误差不大于0.5°,且故障检测是有效的。     

基于奇偶方程的FADS传感器故障检测方法

重复使用运载器（RLV）的嵌入式大气数据传感系统（FADS）中传感器的高可靠性是RLV飞行控制系统高可靠性的保障。结合FADS采用多个测压点冗余配置的特点,利用各传感器测量值之间存在的解析冗余关系,设计奇偶方程,实现对各个测压点故障传感器的有效检测。     

嵌入式飞行参数传感系统的神经网络算法

对使用BP网络来代替嵌入式飞行数据传感(FADS)系统的空气动力学模型进行了研究。针对FADS系统的特点设计了一个具有双隐含层的BP网络模型并详细推导出了它的快速算法。文中不仅设计了数据集的产生方法,而且对数据集的划分进行了探讨。试验结果显示,动静压的平均绝对误差均在130Pa以内,可以满足FADS系统的设计要求。     

Design of precision balance and aerodynamic characteristic measurement system for micro aerial vehicles

This paper presents the design and validation of a measurement system for the aerodynamic characteristics of micro aerial vehicles. Micro aerial vehicles are very small, have a wingspan of about 100–150 mm, and operate at relatively low Reynolds numbers. A precision aerodynamic balance was designed in order to measure the lift, drag, rolling-moment, and pitching-moment of micro air vehicles, as these parameters are too small to be determined by general-purpose aerodynamic measurement systems. During the design process, the aerodynamic balance was analyzed with the finite-element method in order to produce an optimal design and was calibrated as well. The calibration results and the finite element analysis results were compared and found to be in good agreement and the final design was determined to be acceptable. In addition, a computer-based data acquisition system has been developed to acquire measurement data from the aerodynamic balance. Wind tunnel tests of a 2D airfoil were performed to validate the aerodynamic measurement system. Results of the wind tunnel tests were compared with references and found to be in good agreement. Finally, we measured aerodynamic characteristics of MAV wing model used in Batwing with the developed aerodynamic measurement system.     

High-Reliability Strapdown Platforms Using Two-Degree-of-Freedom Gyros

This paper presents a new concept of high-reliability strapdown attitude sensing systems for space vehicles. Each system utilizes a set of redundant two-degree-of-freedom gyros. An optimum system configuration is obtained for maximum system reliability and the best measurement accuracy. Improved accuracy of the final data is obtained by using the least-square data reduction technique. Each system possesses a ?sensor performance management? feature which is capable of failure detection, faulty gyro identification, system reconfiguration, and, possibly, sensor recalibration. Improvement in reliability, as compared to other types of strapdown systems, is demonstrated. Details of the development are described in terms of a system containing four gyros.     

基于神经网络的类乘波体飞行器FADS算法研究

大气数据是飞行器飞行的重要参数,大气数据系统是必备的机载航电系统。嵌入式大气数据系统（FADS）是新一代大气数据系统,可用于类乘波体飞行器。飞行器外形特殊,大飞行包线内FADS压力场模型复杂,解算算法尚不完备。针对飞行器的特点,利用三维几何建模和计算流体动力学（CFD）计算的方法,分析FADS压力场模型特性,设计并验证了基于神经网络的类乘波体飞行器FADS算法,结果表明,算法对马赫数、攻角和侧滑角大气参数的解算可行有效。     

测压孔径对下沉安装压力传感器测量的影响

对于高超声速飞行试验,飞行器在飞行过程中产生的气动加热会使其表面安装的传感器烧坏并导致试验测量失败。传感器下沉安装可以避免其与飞行器周围的高温气体直接接触,减轻传感器的热载荷。采用下沉安装传感器的方式对高超声速边界层的脉动压力进行了试验测量,研究了测压孔径对脉动压力特性的影响。结果表明,随着孔径增大,脉动压力强度减小,流场相关性增强。传感器下沉安装会引起空腔流动,随着孔径的增大,空腔流动对脉动压力测量的影响降低。在频带10~20 kHz范围内,测压孔径仅仅影响脉动压力强度,在频带1~10 kHz范围内,测压孔径对脉动压力波形周期的影响更为显著。非线性耦合将能量由高频小尺度向低频大尺度传递,导致发生自相互作用和非线性相位耦合的流动结构趋向低频,随着孔径增大,非线性相位耦合消失。此外,孔径越大,不同尺度结构的能量分布与齐平安装的相似性越高。