小型无人直升机自动起降控制技术研究及验证

针对无人直升机有/无地效悬停状态的飞行特性,综合考虑在自动起飞与自动着陆过程中无人直升机过渡状态存在明显的差异,开展了无人直升机自动起降过程控制特性研究,给出了无人直升机自动起降控制策略及其控制律,进行了半物理仿真,并将研究成果应用到样例无人直升机的自动起降控制中,较好地实现了样例无人直升机的自动起降功能并满足相应的控制要求。     

Improving aircraft aerodynamic performance with bionic wing obtained by ice shape modulation

For Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) with limited electrical power to achieve effectively anti-/de-icing at the leading edge of the wing, a strategy of ice shape modulation was proposed. Isolated simulated ice shape pieces printed by 3D printing technology are mounted on a NACA0012 finite wing model, and its lift/drag coefficients and suction-side velocity fields are measured by the six-component force balance and the Particle Imaging Velocimetry (PIV), respectively. The ratio of the spanwise length of a single ice shape piece to chord length and the spanwise length of the non-icing area between the two adjacent single ice shape pieces are defined as dimensionless ice shape length (w/c) and dimensionless modulation ratio (w/λ), respectively. The results indicate that for a fixed w/λ, the wing lift coefficient first increases and then drops with increasing w/c, and a peak value exists when w/c is between 0.1 and 0.2. The lower the w/λ is, the higher the wing lift coefficient will be. The periodical variation of the flow separation area along the spanwise direction is attributed on the one hand to the acceleration effect of the flow field in the non-icing area which reduces the separation area, and on the other hand to the cross-flow caused by the streamwise vortices from the non-icing area to the icing area which promotes the mixing of the flow field (similar to vortex generators). The obtained modulation law is verified through flight tests and provides guidance for the use of ice shape modulation scheme for UAVs that cannot be completely anti-/de-icing under severe weather conditions.     

高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

高速再入飞行试验再入条件优化设计

飞行器返回再入时将经历极高的气动热环境,因此深空探测返回飞行器,尤其是载人飞船需要通过实际飞行试验验证相关性能,为降低成本和研制风险,通常采用大再入角和相对第二宇宙速度较低的再入速度进行飞行试验。为获得能实现高热流密度验证的最小能量再入任务方案,采用优化设计手段对飞行试验的再入角和速度以及倾侧角控制进行设计,经仿真分析表明,优化结果可达到飞行试验要求的热流密度,并可将再入速度需求降低约2．1 km／s。     

长航时无人机机翼平面参数及翼型选择分析

根据影响螺旋桨式长航时无人机和喷气式长航时无人机续航性能的不同因素,分析了机翼面积(翼载)、展弦比、尖削比、后掠角等参数以及翼型对这两种长航时无人机续航性能的影响,所得结论可为长航时无人机的设计提供参考。     

基于Matlab的无人机全过程飞行仿真

为了对小型无人机全过程飞行仿真进行研究,根据无人机飞行控制回路和制导回路,搭建了模块化的系统仿真结构,将Matlab/Simulink和Stateflow有机结合起来,建立了易于维护和扩展的仿真环境。利用仿真环境对无人机的控制规律和制导规律进行了仿真,结果表明了控制规律和制导规律的合理性,以及全过程仿真环境的实用性。     

无人直升机起飞非线性建模仿真研究

针对无人直升机垂直自动起飞控制技术研究背景,为描述整个起飞过程的机理,对直升机起飞阶段进行非线性动力学建模。从飞行器的力和力矩角度对直升机进行建模,该模型包括地面阶段数学模型和离地阶段数学模型。地面阶段数学模型除气动力外还包括地面对无人直升机的反作用力;离地阶段数学模型将考虑近地约束和地面效应对无人直升机起飞过程的影响。以某型无人直升机为例进行了计算和仿真,结果表明按该非线性模型能反映无人直升机起飞状态并为无人直升机的自动起飞控制技术的研究提供了可信的数学模型。     

基于星图匹配的小视场空间图像畸变校正

小视场星载相机受发射振动和空间环境等影响,会使所拍摄的空间图像产生畸变,并且畸变模型和参数也时有变化.针对小视场空间图像所含恒星点相当稀少的特点,提出一种基于Hausdorff距离多帧星图匹配的空间图像畸变校正方法,利用恒星点作为控制点实现畸变参数的计算.针对卫星姿态漂移所造成的相机光轴指向系统误差对校正的影响,给出一种自适应补偿方法.仿真实验结果表明,该方法计算量小、精度高,能够有效抑制图像噪声和输入误差的影响.      

发动机背负式安装无人机的排气系统红外特征的计算研究

用数值模拟的方法研究了对发动机背负式安装的无人机排气系统的红外辐射特征.排气系统的流场采用商业软件计算,红外辐射特征采用根据离散传递法自行发展的程序进行计算,研究了排气系统在3～5μm波段红外辐射强度的空间分布.在红外辐射计算过程中,考虑了喷管内壁的发射和反射、燃气组分CO₂、H₂O和CO的吸收-发射、后机身结构的遮挡以及大气吸收等影响.结果表明:通过发动机的背负式安装、尾喷口的下遮挡设计及其相对机身的内缩可使排气系统在下半球的红外辐射强度明显降低,但由此也造成了上半球的辐射强度有所增强;大气对该无人机排气系统前半球红外辐射的吸收明显强于后半球.