系留气球空中系留系统研究

介绍系留气球空中系留系统的组成,主要包括系留缆绳、旋转铰链、系留拉索和系留抓手等。对空中系留系统进行受力分析,详细阐述各部分的设计特点及设计准则,对系留气球空中系留系统研制具有一定的参考价值。     

地面系留设施万向滑轮结构优化设计

基于系留缆绳换向及缆绳拉力和倾角的测量,提出了一种优化的机动式系留气球万向滑轮结构设计方案,描述了万向滑轮结构形式、材料选择及工艺实现等,采用三维建模及有限元分析相结合的方法,对万向滑轮结构进行校核分析。结果表明,该结构满足刚度和强度要求,具有较广泛的工程应用价值。     

滑橇起落装置直升机系留状态“地面共振”试验和分析

本文以直×型机为例,对滑橇起落装置直升机在系留状态下的“地面共振”问题进行了分析。在系留状态下,系留装置改变了机体和起落架系统的动力特性,为了保证直×型机在系留状态下不发生“地面共振”,采用了系留状态和自由状态全机动力特性对比试验和“地面共振”对比计算的方法分析系留状态的“地面共振”问题。本文介绍了直×型机系留方案的确定,全机动力特性试验和“地面共振”计算的方法及结果,最后得出明确结论。     

基于LMS Virtual. Lab的系留气球仿真与优化

系留气球在近地面收放过程中存在俯仰角过大的问题，为了更全面地了解收放过程中不同因素对球体俯仰角的影响，采用LMS Virtua1. Lab建立了带滑轮索具系统的系留气球三维动力学模型进行仿真分析，结果表明，仿真结果与理论计算、测量数据都有较高的符合度。进而运用试验设计( DOE)方法，探索典型风速下球体俯仰角的响应区间。最后基于响应面模型的优化技术，对滑轮索具系统设计进行优化，有效改善了球体在收放过程中俯仰角过大的问题。仿真模型对系留气球系统设计及收放控制有一定的指导作用。     

系留气球升空动力学仿真

为了研究系留气球升空过程运动状态，建立刚体气球系统六自由度非线性动力学模型以及气球升空缆绳模型，利用Aerostat Simulation仿真软件对不同升空速度和不同风速运动状态进行模拟计算。结果显示，升空过程中，放缆速度增大，则气球俯仰角增大，迎角、缆绳张力减小；风速增大，则俯仰角、迎角、缆绳张力均增大。此研究不仅可为系留气球系统设计提供理论依据，也可以为研究外场放飞决策与放飞数据提供一种分析工具。     

舰载直升机系留载荷及全机应力计算方法研究

 舰载直升机的系留问题是舰、机双系统联系的关键。与地面系留的不同在于舰载系留是基于运动着的基础。特别在高海情下,机体承受各个方向的过载,且载荷较大。这样,机体结构及系留索具是否有足够的承载能力,就显得异常重要。 运动着的基础、系留索具单向承载性以及起落架承载与变形的非线性关系构成了舰载系留的特点。本文针对这些特殊问题,进行了合理而有效的处理。分别采用了“矩阵力法”及“矩阵位移法”进行系留索具的载荷和机体结构应力的计算,并与实验进行了对比分析,得到了满意的结果。     

系留气球升空过程的动态模拟

采用有限元方法,建立了系留气球的多质点动力学模型,研究了风场中某型系留气球的动态升空过程。模型中将柔性大变形的系留绳离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在端点的阻尼弹簧,各节点的运动由相应绳段的重力、气动力和张力确定。通过数值模拟给出并分析了系留气球轨迹、系留绳释放速度、张力、长度、形状和水平漂移距离等参数的变化规律。与国外典型算例进行对比,结果表明该模型对系留气球升空过程中的参数变化有较好的预测能力,对系留气球的释放控制有一定的指导作用。     

系留气球囊体外形优化研究

利用基于约束的Kanikdale修正算法,以及一套用于确定尾翼尺寸和系留缆绳外形的方法,并借助基于GA的GADO优化器,对系留气球囊体形状进行了优化研究。结果表明,通过多材料组合方式生成的囊体,其有效载重能力能够提升6.5%左右。     

剩余浮力对系留气球静平衡特性的影响分析

在进行系留气球总体方案设计时,剩余浮力的选择直接影响到系留气球气囊和副气囊体积等参数的设计,剩余浮力选择不当将造成研制成本的增加或静平衡特性指标无法实现。因此,对同一系留气球不同剩余浮力,及两种不同体积的系留气球在相同剩余浮力时的静平衡特性进行计算与对比分析。结果表明:对同一体积的系留气球,剩余浮力对系留气球俯仰角、高度损失和水平漂移量影响较大,且剩余浮力越大,其俯仰角、高度损失和水平漂移量越小;随着系留气球体积的增大,剩余浮力对系留气球高度损失和水平漂移量的影响将逐渐减小。     

系留气球系统三拉索收放状态建模与仿真

系留气球是一种依靠气囊内的浮升气体获得浮力,并用缆索拴系固定的浮空器。系留气球、三根机械拉索、地面转动梁等构成系留气球三拉索收放系统,综合考虑收放系统中三拉索的运动特性,采用Matlab/Sim-ulink工具对近地三拉索收放运动进行系统建模,建立了整体的三拉索收放运动状态的仿真模型,仿真结果表明：仿真计算结果与实际飞...     

面内轨道转移过程中的绳系系统摆振特性研究

轨道转移过程中的绳系系统处于非开普勒轨道,导致系统呈现复杂的动力学行为并影响着星体的飞行安全,因此研究系统摆振特性具有重要的理论和实际意义。针对复杂的非线性和强耦合问题,利用动量矩定理建立绳系系统姿态动力学方程,以切向常值加速度轨道转移为任务背景,给出了系统质心运动轨迹;通过分析面内摆角的静态分岔现象,推导了面内、面外摆角的一阶摆动解析解;引入经典的珠点模型,研究系绳纵向和横向的振动特性,并分析了系绳摆动与系绳振动之间的耦合关系。仿真结果表明:面内轨道转移过程中,面内、面外摆角以固定的频率绕平衡位置做往返摆动,摆动频率大小以及平衡位置的变化均与系绳长度、推力加速度和所处轨道密切相关,面内摆角摆动频率接近轨道角频率时会引起共振现象,系绳在轨道转移过程中会出现大幅度横向振动等现象。     

阻拦索断裂对螺旋桨舰载机着舰安全影响数值分析

喷气动力舰载机着舰拦阻滑跑，如阻拦索断裂，其逃逸复飞的概率极小。螺旋桨动力舰载机零升阻力大，推重比小，其安全复飞的能力值得研究。本文基于建立的螺旋桨舰载机逃逸复飞仿真模型（含阻拦索工作模型、发动机动力响应模型、升降舵操纵模型与气动力的动力影响修正模型），数值模拟了E-2C舰载预警机着舰阻拦索断裂情况下，其逃逸复飞的过程。仿真计算显示对象飞机在不同气动力、离舰速度与舵面操纵逻辑状态下，其纵向动力学方程中敏感参数与航迹下沉量的动态变化，结合视频数据分析其复飞成功的原因。研究表明：动力对螺旋桨舰载机俯仰力矩与升力特性的影响是其逃逸复飞成功的关键。动力影响使对象飞机的俯仰力矩曲线上移0.15，8°迎角下纵向静稳定性减小85%，升力线斜率增大29.7%、最大升力系数增大39%。这显著改善了螺旋桨飞机逃逸复飞状态下俯仰操纵的敏捷性，升降舵操纵效率与失速特性。动力影响使螺旋桨舰载机可在较小的加速度、离舰速度与有限的留空时间情况下，迅速改变其航迹角，减小航迹下沉量，保证逃逸复飞安全。     

Intelligent UUVs: Some issues on ROV dynamic positioning

Intelligent unmanned underwater vehicles (UUVs) fall under two main group categories: the remotely operated vehicles (ROVs), which are characterized by remote operation and presence of a tether cable; and the autonomous underwater vehicles (AUVs), which are characterized by their autonomous behavior and absence of a tether cable. One fundamental issue of the UUV design is the dynamic position control system. This system plays a crucial role together with the sensor architecture in the degree of system autonomy that can be achieved. This paper is concerned with a few issues when dynamically positioning remotely operated underwater vehicles (ROVs). By restricting the operating regime of ROVs to slow velocity requirements the paper investigates the implementation of a few decentralized control strategies and compare their performance measures, which are assessed by simulating a nonlinear ROV system model for each control strategy. Issues concerning input tracking, disturbance rejection, and plant variations are discussed. The evaluations consider the use of linear PID feedback and feedforward variants, and a robust nonlinear control strategies applied to a full order, fully coupled, and nonlinear vehicle model. These evaluations consider a vehicle undertaking standard mission activities where the tether cable dynamics, with load estimates obtained from a lumped mass cable model, and the vehicle actuator system are present. The paper shows that much of the performance deterioration may be attributed mainly due to cable inertia. The authors also verify that the nonlinear robust control strategy does not necessarily allow for better performance over the linear feedback control strategies implemented when vehicle motions are confined to slow velocity profiles. These and other partial results will aid the design of the control system for an underwater vehicle currently under construction     

Dynamic characteristics analysis and flight control design for oblique wing aircraft

The movement characteristics and control response of oblique wing aircraft (OWA) are highly coupled between the longitudinal and lateral-directional axes and present obvious nonlinear-ity. Only with the implementation of flight control systems can flying qualities be satisfied. This arti-cle investigates the dynamic modeling of an OWA and analyzes its dynamic characteristics. Furthermore, a flight control law based on model-reference dynamic inversion is designed and ver-ified. Calculations and simulations show that OWA can be trimmed by rolling a bank angle and deflecting the triaxial control surfaces in a coordinated way. The oblique wing greatly affects lon-gitudinal motion. The short-period mode is highly coupled between longitudinal and lateral motion, and the bank angle also occurs in phugoid mode. However, the effects of an oblique wing on lateral mode shape are relatively small. For inherent control characteristics, symmetric deflection of the horizontal tail will generate not only longitudinal motion but also a large rolling rate. Rolling moment and pitching moment caused by aileron deflection will reinforce motion coupling, but rud-der deflection has relatively little effect on longitudinal motion. Closed-loop simulations demon-strate that the flight control law can achieve decoupling control for OWA and guarantee a satisfactory dynamic performance.     

复数坐标及互激励分析在直升机“地面共振”分析中的应用

本文采用复数坐标来表示旋翼及机体的运动,提出了多自由度耦合系统动稳定性问题的各自由度间相互激励作用的分析方法。以此分析了直升机旋翼与机体耦合的“地面共振”稳定性问题,对动不稳定性的机理作出了清晰的物理解释,揭示了主要的参数影响。     

机动飞行时航空发动机转子系统的振动特性

 利用Lagrange方程建立飞机在任意机动飞行条件下具有多盘、多质量和多轴承的不平衡柔性转子系统运动微分方程的一般表达式,然后以一个双盘悬臂柔性转子系统为例用数值方法研究飞机的典型机动飞行对转子系统动力特性的影响。结果表明:机动飞行将使转子运动轨迹的中心偏离原来的轴线,转子系统的振动明显增大,从而可能使转子与定子之间发生局部的碰磨。因此,飞机作机动飞行时,必须考虑机动飞行因素对转子动力特性的影响。     

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

利用受限张力的拖曳变轨欠驱动姿态稳定策略

在空间绳系拖曳变轨中,目标和平台形成一种哑铃型绳系系统,且仅依靠有限的平台推力和系绳张力来抑制系绳的摆动。针对此类输入受限的欠驱动控制问题,提出了一种利用受限张力的姿态稳定策略。首先,推导了组合体姿态动力学模型。然后通过数值求解姿态平衡方程得出理论面内姿态指令,再采用高斯伪谱法对其优化获得实际指令。最后,基于分层滑模理论设计欠驱动张力控制律,并嵌入抗饱和模块以缓解张力饱和。仿真表明空间平台能在正向有限的张力控制下,平滑地收放系绳使面内角和绳长跟踪实际姿态指令。此外,所提策略对目标体摆动和传感器误差也具有良好的鲁棒性。     

Bifurcation analysis of polynomial models for longitudinal motion at high angle of attack

To investigate the longitudinal motion stability of aircraft maneuvers conveniently, a new stability analysis approach is presented in this paper. Based on describing longitudinal aerodynamics at high angle-of-attack (a < 50 ) motion by polynomials, a union structure of two-order differential equation is suggested. By means of nonlinear theory and method, analytical and global bifurcation analyses of the polynomial differential systems are provided for the study of the nonlinear phenomena of high angle-of-attack flight. Applying the theories of bifurcations, many kinds of bifurcations, such as equilibrium, Hopf, homoclinic (heteroclinic) orbit and double limit cycle bifurcations are discussed and the existence conditions for these bifurcations as well as formulas for calculating bifurcation curves are derived. The bifurcation curves divide the parameter plane into several regions; moreover, the complete bifurcation diagrams and phase portraits in different regions are obtained. Finally, our conclusions are applied to analyzing the stability and bifurcations of a practical example of a high angle-of-attack flight as well as the effects of elevator deflection on the asymptotic stability regions of equilibrium. The model and analytical methods presented in this paper can be used to study the nonlinear flight dynamic of longitudinal stall at high angle of attack.