基于试伞机器人的翼伞试验研究

新型翼伞设计完成后需要进行大量的空投试验以验证伞的各项性能,但空投试验存在着安全性、适用性、准确性等问题。因此,本文提出利用试伞机器人来完成空投试验从而解决以上问题。本文设计研发了一种由信息采集系统、控制系统、动力系统组成的试伞机器人,并对其进行了地面试验与伞塔试验。根据试验结果,本文所设计研发的试伞机器人可以满足翼伞空投试验的要求。     

基于小波熵的救生伞高速空投最大开伞动载不确定性

针对高速空投试验最大开伞动载测量值离散性大的问题，采用小波熵对试验数据和仿真数据进行对比分析。假人姿态差异大是导致试验测量值重复性差的直接原因，而从空投开始到拉直开伞时刻假人姿态的不确定性是问题的主要来源。试验数据和仿真结果得到的小波熵随空投速度和空投系统质量的变化趋势相同，并且与空投系统的物理本质相符；在考察救生伞开伞动载的试验研究中，仅考虑最大开伞动载的测量值，而忽略系统不确定性是不合理的，因此建议对拉直之前的假人姿态加以控制。     

运输机超低空重装空投纵向反步滑模控制研究

分析了超低空重装空投的空投流程,针对超低空重装空投飞行高度低、空投对象质量大的特点,把空投对象的位置和移动速度作为状态变量对货物移动时飞机运动的非线性方程进行了研究,该方程能准确描述出牵引伞的拉力、空投对象在货舱内的实时位置和移动速度对飞机姿态和高度的影响。同时,利用反馈线性化方法对模型进行输入输出线性化,并利用反步法与滑模控制相结合的方法,设计纵向滑模自适应控制器,解决了纵向不可参数化的不匹配不确定控制问题,实现了飞机在超低空重装空投时高度的稳定,保证飞机安全地完成超低空空投任务。     

超低空空投牵引伞失效下的全局积分滑模控制

针对超低空空投过程中发生的牵引伞失效故障情况下,影响载机飞行安全及空投任务的完成等问题,提出了二级迭代全局积分滑模飞行控制方法。首先分析了在牵引伞失效故障下载机的开环特性;然后在对模型进行反馈线性化处理的基础上,采用二级迭代全局积分滑模控制设计系统内环速度与俯仰姿态跟踪控制器,结合外环PID高度控制保持器完成整个飞控系统的设计,改善了系统的动态性能;最后通过仿真验证了控制器的优良性能,表明其应对故障状态具有很强的强鲁棒性。     

伞翼无人机精确建模与控制

前缘切口以及后缘下偏是影响伞衣气动力计算的关键因素。为实现伞翼无人机（UAV）的精确控制，从提高翼伞系统动力学模型的精度入手，在升力线理论的基础上，基于计算流体动力学方法，综合考虑前缘切口以及后缘下偏的影响，计算了不同切口尺寸模型的升力、阻力系数。利用最小二乘法辨识了升力、阻力系数与迎角、切口尺寸以及下偏量的关系，实现了翼伞气动力的精确计算，改进了伞翼无人机的六自由度动力学模型。对改进的动力学模型进行轨迹跟踪控制的仿真，通过与空投试验数据的对比，验证了改进翼伞系统动力学模型方法的准确性，对于伞翼无人机的仿真和控制器设计具有重要意义。     

降落伞典型开伞过程的试验研究

以伞衣负荷比值为标准选择了两类伞型,在典型的有限和无限质量条件下进行了风洞和空投试验开伞过程的研究.探讨了开伞过程中伞衣形状变化与伞衣承受开伞动载之间的关系及其影响因素,比较并分析了两种状态下不同试验手段得出的试验结果的差别,总结了各自的特点,并得出了关于两种降落伞性能试验的结论.     

多自主翼伞系统建模及其集结控制

当前对翼伞系统的研究主要集中在单个翼伞,但实际空投中一般需要使用多个翼伞,才能完成大量物资、装备的空投补给任务,而多个翼伞同时空投时,将会出现翼伞需要集结、相互间需要避免碰撞等在单翼伞空投时不存在的问题。现有的单翼伞系统已能通过GPS/惯导系统及其他板载传感器实现自主飞行,针对多个自主翼伞的空投任务设计算法,以控制下降翼伞之间的相互运动,实现多翼伞系统的集结和避碰。首先以质点模型为起点,通过引入新的独立变量,并将翼伞运动转换至风固定坐标系,使得单个翼伞质点模型降维为非线性降阶模型,进而得到多自主翼伞模型,在此基础上提出了一种集结控制算法,利用每个翼伞自身的状态信息和相邻翼伞的状态信息,采用势场法使得多翼伞实现集结并避免碰撞,最后一致地降落至地面。仿真结果表明多个自主翼伞实现了集结,减小了翼伞的着陆散布,降低了翼伞之间的碰撞风险,验证了该方法的有效性,可以为进一步研究多自主翼伞协同控制提供理论参考。     

基于动态逆的超低空空投抗侧风控制器设计

为了使运输机在有侧风情况下仍能顺利完成空投,需要设计抗侧风控制器来抑制侧风对空投过程的影响.根据运输机的横侧向非线性数学模型,分别设计了基于侧航法的PID控制器和基于最优调节器的动态逆控制器.仿真结果表明,两者均能有效抑制侧风的影响,但与PID控制器相比,基于最优调节器的动态逆方法的控制器能减小滚转角幅值,具有更理想的控制效果.     

基于冲量定理的高速空投假人最大动载计算模型研究

假人高速空投试验旨在评估开伞过程中人体所受最大动载,由于该试验重复性差、成本高,有必要建 立计算模型为系统设计提供理论依据。基于冲量定理建立最大动载计算模型,计算特定空投条件下假人最大 动载;选取某典型假人高速空投系统作为算例,开展基于多体动力学的系统仿真,并根据仿真结果确定计算模 型的关键参数,给出最大动载计算模型的数学表达式。结果表明:本文模型可以快速有效确定假人最大动载, 评估救生伞系统安全性,具有较高的工程应用价值。     

货物在货舱内移动时飞机动态特性的研究

本文根据理论力学和飞行力学的基本原理,对货物在飞机货舱内移动时飞机和货物的运动方程作了详细推导.并对牵引伞的牵引力,约束反力的确定进行了探讨.得出了一些有益的结论.并以Y—8飞机为例,对牵引伞的牵引比、空投速度、空投高度、空机和货物重量、空投货物装置位置和操纵规律等各种田素以及空投操稳特性进行了分析研究.     

货台空投系统出舱过程研究

研究了空投系统的出舱阶段中货台与地板接触模型,采用动力学分析方法建立了统一的出舱运动模型.根据试验设计条件开展系统仿真计算,结果与试验数据基本一致.探讨了货台离机过程对离机后俯仰姿态的影响.使用离机时间评价出舱过程对货台空投精确度的影响,得到了无量纲离机时间的简化算法以方便工程应用;引入了安全距离参数来评价出舱过程安全性,分析了牵引比、质心位置系数和空投时飞机姿态与离机时间和安全距离的关系,为空投系统中货台布局和牵引伞设计等提供了参考依据.     

货物空投系统自动脱离锁成功脱离概率分析

定量研究了空投系统某型自动脱离锁在较大地面风速条件下的成功脱离概率。由系统力学特性分析确定影响脱离锁工作的主要因素;基于着陆阶段系统动力学分析,建立脱离锁成功脱离概率分析模型;采用均匀分布和正态分布两种随机模型分析成功脱离概率;引入安全脱离风速、安全设计开锁力等指标指导脱离锁设计。分析结果表明某型脱离锁成功脱离概率随设计开锁力增加而提高,在一定风速范围内随风速增加而降低。分析方法为空投系统脱离锁设计提供了理论依据,可用于空投行动的辅助决策,提供空投成功率。     

地面效应下飞机空投阵风减缓LQR控制

针对运输机在超低空空投过程中容易受到大气环境干扰的问题,研究了在地面效应影响下对运输机超低空空投的建模改进,建立了基于小扰动运动模型的纵向状态空间方程。在此基础上,应用LQR控制方法结合遗传算法优化设计了干扰抑制控制器,使得空投过程具有良好的稳定性和操纵性。结果表明,遗传算法优化的LQR控制方法能够有效抑制阵风对运输机超低空空投过程的干扰,使飞控系统具有更好的稳定性。     

重型货物空投系统过程仿真及特性分析

建立了货物空投系统仿真计算模型,包括货台在舱内和舱外全过程的运动特性、降落伞拉直和充气过程的轨迹特性计算等,提出了伞群模拟和多吊带系统分析的新方法。结合目前已有的降落伞性能计算模型和物伞系统运动模型,对重型货物空投全过程进行了完整计算,开发了空投过程三维动画仿真软件,通过与试验数据的对比,表明本模型能很好地满足应用的需要。分析了空投速度、伞包安装位置和牵引比等因素对空投过程的影响,指出了实际系统的改进方向。     

复杂环境下翼伞系统的组合式航迹规划

传统翼伞系统的航迹规划主要考虑落点精度及逆风着陆等指标,而当空投区域环境较为复杂,在翼伞系统归航路径上存在障碍时,如何规避这些障碍也成为翼伞系统航迹规划所必须要考虑的因素。针对翼伞空投过程有可能遇到高山或者高大建筑物阻碍的问题,提出了一种复杂环境下翼伞系统的组合式航迹规划策略。该方法将翼伞空投的区域分为障碍区和着陆区,在障碍区中采用快速搜索随机树（RRT）算法进行可行路径搜索,考虑到RRT算法生成的轨迹包含棱角,导致路径不够平滑的问题,结合翼伞系统质点模型的运动特性,对其进行了适用性改进,以使规划的航迹满足实际翼伞空投需求。为了解决RRT算法搜索方向随机,难以满足逆风着陆的问题,当翼伞系统进入着陆区后采用分段归航的方式设计航迹,并借助遗传算法（GA）求解目标参数,实现翼伞系统能量控制及逆风着陆。提出的复杂环境下翼伞系统的组合式航迹规划策略求解速度较快,能够同时满足翼伞系统避障、能量控制及逆风着陆要求,得到的参考航迹较为平滑。     

救生伞假人高速空投开伞动载试验

对刚体假人和软体假人进行地面冲击试验,用小波方法将假人质心动载按不同频率和观察尺度分开,并分析了混沌特性参数随小波观察尺度的演化规律。对刚体假人进行高速空投试验,并用相平面分析假人质心动载与姿态的关联性。结果表明:假人质心动载波动集中在30~50Hz的频段,软体假人对高频振荡具有良好的缓冲作用;质心动载的高频细节解随机性较大,高频干扰的误差放大率也较大,在刚体假人空投试验提取真实动载时应滤掉;高速空投试验过程中,拉直动载与开伞动载呈明显的负相关性,且开伞动载与假人的姿态角、角速度存在明显关联性,并得到了相平面中的有利开伞区域。     

运输机超低空空投抗侧风控制器设计

为使运输机能在较强侧风下仍能完成空投任务,需设计抗侧风控制器减缓其对空投过程的影响。分别设计了经典的PD控制器和离散论域的模糊控制器。仿真结果表明,两者均能有效抑制侧风干扰。与PD控制器相比,模糊控制器具有更高的控制精度和较强的鲁棒性。     

基于视觉的空投系统姿态获取及解算技术研究

空降空投技术是空军装备发展的基础,为使远距离投放的空降装备平稳着陆,需获取货台模块的姿态数据,以实时调整降落姿态避免着陆侧翻事故。本文设计开发了一种基于视觉的方法来解算空投货台姿态,以准确地估计空投货台在空投降落过程中的姿态。空投系统的降落距离分为远地160m和近地20m两个阶段。设计了不同尺度的标志作为不同降落阶段的视觉参考,有效地提高了空投货台的自主降落高度。当空投货台初始降落高度为160m时,利用合作目标的固有几何性质识别环境中的整体合作目标;当到达近地面20m时,利用Hu不变矩作为地面辅助特征筛选出中心合作目标,最后利用单应性对空投货台的运动进行估计。该算法有效地提高了空投货台姿态解算技术的准确性、实时性和鲁棒性,也满足了空投货台实时姿态精确计算的要求。试验结果表明了基于视觉的空投货台姿态解算技术的意义和可行性,具有较好的应用前景。     

有限质量情况下降落伞开伞过程数值仿真研究(英文)

为了模拟降落伞减速系统在有限质量情况下的三维动态开伞过程,以典型平面圆形伞C9伞为例,采用LS-DYNA基于有限元理论的ALE流固耦合方法对其充气至稳降过程进行研究,并用空投试验验证计算结果。计算获得了结构、流场动态变化,还获得了反映减速特性的载荷速度、加速度变化情况,分析了降落伞工作过程中危险截面、过载及外形之间的对应关系。研究结果表明:ALE法能够预测伞衣展开过程中减速特性以及危险截面,数值结果反映了实际工作过程的一般规律。     

一种机载配电系统1553B总线设计

以1553B通信数据总线为研究对象,基于数字式控制器（DCU）平台,对一种机载配电系统1553B通信数据总线进行了设计研究。在具体硬件、软件的设计过程中,结合现代数字式控制器DCU的平台,以DSP的F240为核心,以DDC公司的BU-61580协议芯片为基础,实现了机载配电系统1553B的机上通信要求,并通过地面电网联试试验验证了该设计的有效性。