具有柔性传动机构的机械式飞行操纵系统研究

<正>随着科学技术和航空业的不断创新,人们对航空器的可靠性和操纵性提出了更高的要求。新型电传动系统相对复杂,机械传动系统相对简单可靠,因此具有柔性传动机构的机械式操纵系统得以应用发展。本文列举了柔性传动机构的特点及其参数设计确定和发展应用。飞机操纵系统是用来传递操纵信号(指令),偏转舵面(升降舵或全动平尾、副翼、方向舵等操纵面),使飞机完成预定动作的。在现代航空器的设计制造过程中,操纵系统的重要性不言而喻,电传操纵系统在现代航空器设计领域的主导地位一直在提升,但其设计成本、干扰性更高且复杂,而     

无尾布局嵌入式舵面的大迎角纵向操纵能力研究

 针对某前掠翼翼身融合无尾布局由鸭面与尾舵组成的纵向基本控制舵面在大迎角状态操纵效率降低的问题,采用数值模拟方法研究一种机身下表面嵌入式新概念纵向操纵舵面实施大迎角纵向操纵补充的可行性。提出了嵌入式舵面的设计思想,研究了嵌入式舵面高度、偏度及其与尾舵组合时的相对位置等参数影响,提出了嵌入式舵面的设计原则、流动机理以及提供低头力矩增量的作用原理。研究结果表明:嵌入式舵面是无尾布局飞机大迎角纵向操纵的高效补充措施,单独使用,最大可提供约平衡10°迎角的低头操纵力矩,并对升阻特性影响很小;与尾舵组合使用,在研究迎角范围内(迎角α≤32°),可提供约6°迎角的低头平衡力矩增量,且对升阻性能产生有利影响。本文工作可为其他翼身融合无尾布局的气动舵面设计提供借鉴。     

飞机舵面缝隙设计及其光顺

舵面的主要功用是提供飞机是足够的操纵性。舵面缝隙的设计和光顺对于保证舵面操纵的灵活性和减少气动阻力是很有意义的。本地某型无人机舵面设计，（１）导出了一种确定后掠翼舵面展向缝隙尺寸的计算方法。使用该方法能够定量地计算舵面在极限偏转角下缝隙的尺寸，为舵面设计提供了可靠依据。（２）导出一种确定舵面前缘曲线以及相邻的安定面后缘曲线、拟合圆圆心、半径及切点的计算方法。用此方法使得各一段的连接点严格相切。通过     

基于TMS 320F28069的无人机舵系统控制器设计与实现

本文设计并实现了一种基于TMS 320F28069的小型无人机舵系统控制器。取消了原机舵系统的模拟通讯方式,改用RS485接口与飞控计算机进行通讯。在分析舵系统工作原理基础上,基于TMS 320F28069控制精度高、功耗低、外设丰富的优点,进行了软、硬件结构的模块化设计。实验表明,本文设计的控制器可靠性强、稳定性好、控制精度高,可以消除外界干扰对舵系统的影响。     

舵面型颤振特性与转换规律特性研究

操纵面颤振是制约飞机性能的关键因素,对颤振设计而言,需要从总体布局、结构刚度、惯性特性等方面入手,综合权衡各种因素。针对某机翼及舵面,建立结构动力学有限元模型,在分析机翼及舵面固有特性与不可压流假设颤振特性基础上,研究带后缘舵面驼峰型颤振与经典弯扭颤振的转换规律,包括操纵刚度、舵面刚度、舵面质量分布等关键因素,总结了设计要素对舵面型颤振特性的影响规律,并对颤振模型数值计算与风洞试验进行了对比分析,结果验证了所取颤振设计参数的有效性,可以作为机翼带舵面颤振设计的重点要素。     

副翼-差动平尾组合横滚操纵系统的研究(三)

4 使用问题及可靠性问题 4.1 “抢舵面”问题所谓“抢舵面”问题,是指平尾最大结构限制偏度按最大俯仰操纵偏度给定后,在大杆量俯仰操纵的同时压杆,如俯仰和差动操纵偏度绝对值相叠加的一侧平尾达到了结构限制度,发生助力器行程到头而顶死,引起俯仰操纵受限制拉(推)杆到不了头(即所谓舵面被差动操纵抢先占用了),或压杆到不了头(即所谓舵面被俯仰操纵抢先占用了)的现象。此时如想继续拉(推)杆到头则必须退回一些压杆量,反之如想继续压杆     

基于H_∞模型匹配的应急飞行控制研究

研究了当飞机常规操纵舵面失效时 ,通过调节飞机发动机推力大小来操纵飞机的飞行问题。采用 H∞ 模型匹配的方法 ,设计动态补偿器 ,使只调节发动机推力的飞机所表现的特性与在常规舵面操纵下的飞机所表现的特性相近似 ,从而使飞行员能在操纵舵面失效的情况下 ,按常规操纵的方法通过控制飞机发动机推力来操纵飞机 ,实现应急控制。仿真验证了这种方法的有效性。     

调整片和有气动内补偿舵面的多自由度操纵面颤振研究

采用操纵调整片和具有气动内补偿的舵面,成功地实现了大型高亚音速飞机的人工直接操纵,也带来了调整片颤振问题。在型号研制中,我们以低速风洞颤振试验和数值计算两种手段进行了调整片和有气动内补偿舵面的多自由度操纵面颤振研究:致力模拟各操纵面的刚度,多铰链悬挂、气动内补偿和多自由度操纵系统,设计了某大型运输     

含有V型垂尾飞机的舵面配置

现代飞机为满足先进控制技术实现和满足一定的可靠性和机动性,要求安装较多的控制舵面,为了使飞机安装舵面之间产生的操纵效能达到最佳,需要对舵面的位置、附体安装角等因素进行配置。借用飞机重构控制方法,采用Moore Penrose逆法,对飞机的操纵效能提出了一套直接控制冗余算法,使操纵舵面之间达到最佳配置。结合国内某型号飞机含有V型垂尾在配平时的数据验证算法正确性。     

基于H∞模型匹配的应急飞行控制研究

研究发当飞机常规操纵舵面失效时，通过飞机发动机推力大小来操纵飞机的飞行问题，采用H∞模型匹配的方法，设计动态补偿器，使只调节发动机推力的飞机所表现的特性与在常规舵面操纵下的飞机所表现的特性相近似,从而使飞行员能在操纵舵面失效的情况下，按常规操纵的方法通过控制飞机发动机推力来操纵飞机，实现应急控制，仿真验证了这种方法的有效性。     

飞机操纵系统优化设计软件开发与运动仿真

飞机发动机操纵系统和舵面操纵系统通常采用连杆机构传递运动。本文介绍了飞机操纵系统的通用优化设计软件———ACSODS软件。本软件可根据传动系统的设计要求,对传动系统的各参数进行优化设计,同时生成系统运动的动态仿真图,因此,可以大大缩短传动系统的设计周期和设计费用。软件操作简便,界面友好,有较好的人机对话式的交互功能,并具有直观形象的设计特点,为设计者提供了一个高效、实用的设计平台。通过与实际系统的比较,设计结果完全能满足系统的要求。     

某型炸弹制导化改造舵面及其操纵系统颤振分析

进行伺服系统的刚度试验,获得了舵面操纵系统的刚度;依据试验数据构建了舵机伺服系统及舵面结构有限元模型,并进行了整个系统的固有频率计算;结合固有频率计算结果,利用偶极子网格空气动力模型,进行舵面及操纵系统颤振计算。计算表明,随着海拔高度的升高,舵机及其操纵系统的颤振速度有所提高,颤振频率均为337Hz左右,颤振速度为500m/s左右。     

微小型螺旋桨滑流内舵面操纵特性实验研究

微小型垂直起降飞行器悬停时往往采用螺旋桨滑流内舵面偏转进行姿态控制,但容易出现操纵力矩不足的问题。本文针对这一问题对微小型静推力状态螺旋桨与带舵面机翼的组合体进行了系统性的实验。通过对实验数据分析,本文指出通过优选螺旋桨几何参数可以改善操纵特性,并得出带舵面机翼不同构型对操纵特性影响的一系列结论,为如何改善此类飞行器悬停时的操纵特性提供了设计参考。     

飞机活动舵面间隙测量及数据分析

根据某型飞机全机主操纵系统疲劳试验及与机体疲劳同试的要求,对飞机副翼及平尾活动舵面间隙进行了测量和数据分析;同时,结合外场飞机实际情况,给出了飞机活动舵面间隙的控制值及相关的飞机助力器后操纵系统检查要求;另外,提出了对飞机活动舵面间隙进行定量检查和控制的建议,有助于完善外场飞机及主操纵系统的定检、维护、检修或大修,从而能够进一步保障飞机的飞行品质。     

模型操纵面自动控制系统设计

本文介绍了操纵面偏转角度自动控制系统的组成及工作原理。模型操纵面自动控制系统机构以微型直流伺服电机作为驱动源进行自动变角控制，成功开发了操纵面舵偏角自动校准系统，并且首次将倾角传感器应用于系统中测量操纵面的偏转角。操纵面自动控制和校准系统的成功研制为模型操纵面偏转角精确自动调节提供了技术保障。     

基于CAN总线的电动舵系统专用通信协议设计

针对飞控计算机与电动舵系统现有通信方式存在的问题,对其进行改造升级,本文设计了基于CAN总线的专用通信协议。文中详细介绍了基于CAN总线的电动舵系统组成、CAN总线硬件配置方案、飞控计算机与电动舵系统的通信协议以及测试设备与电动舵系统的通信协议。利用自研测试设备搭建实验平台,验证了该协议的有效性、可靠性以及实时性。     

基于Kriging模型的高超声速舵面优化设计

采用RANS方程进行了高超声速舵面的气动特性计算与平面形状优化设计研究。为了提高优化效率,采用拉丁超立方抽样试验设计方法得到样本点,并建立Kriging模型替代费时的流动数值模拟。以最大化舵面操纵力矩和最小化平面面积为目标,以阻力不增为约束条件,进行了舵面平面形状优化设计。优化结果表明,优化舵面的平面面积减少了4.78%,力矩绝对值在设计点增加了24.69%,且在较大的攻角范围均有提高。将初始舵面和优化舵面分别装配到方形截面导弹上,验证计算表明,优化舵面的操纵效率更高。     

基于非线性控制分配的飞翼航向控制方法

研究了某无尾飞翼式布局飞行器采用升降副翼实现航向控制的操纵机理,分析了舵面的三轴耦合特性,提出基于非线性可达转矩集的飞行器操纵能力描述。在此基础上,对飞行控制系统进行模块化设计,利用经典控制方法设计出产生整个控制指令的基本控制律,然后利用基于微分进化算法的非线性控制分配器将整个控制指令合理地分配到各个舵面上,实现航向上的稳定与控制,仿真结果证实了该方案的有效性。     

倾转旋翼机冗余操纵的舵面分配策略和飞行转换路径分析

倾转旋翼机的不同舵面存在冗余操纵,而冗余舵面的分配策略和飞行转换路径对其控制重构具有重要的意义。对建立的小型无人倾转旋翼机全量非线性飞行动力学模型在不同飞行模式下的进行配平计算、模型线化后,求出单位操纵面位移所引起的俯仰、滚转和偏航力矩的改变量,即考察倾转旋翼机各操纵面的操纵功效,并对其结果进行详细分析,以确定倾转旋翼机的冗余舵面控制重构能力;确定各飞行模式下倾转旋翼机的操纵方式,给出舵面分配策略的权重系数矩阵;在此基础上,提出三种不同的全模式飞行转换路径方案,并分别计算三种方案下倾转旋翼机的飞行速度与前倾角、姿态角及操纵量的关系。结果表明:三种方案都能实现对飞行器的合理操纵,表明倾转旋翼机的冗余舵面控制重构是可以实现的。     

栅格舵气动与操纵特性高速风洞试验技术研究

为研究飞行器单独栅格舵全尺寸模型气动特性,考核、验证舵控系统操纵性能,在FL-24风洞（1．2m×1．2m）开展了专项试验技术研究。首次在国内高速风洞建立了全尺寸栅格舵高速风洞试验平台,主要内容包括：风洞大载荷侧壁支撑装置设计、高速风洞模型保护装置设计、高灵敏度气动测试天平研制、模型风载条件下变形测试系统设计以及动态气动力测量与数据处理方法等。该项试验技术实现了模型气动与舵控系统以及气动与结构一体化试验验证,为栅格舵尾翼布局飞行器相关专业设计及飞行试验提供了重要试验数据。