基于PD控制的仿昆虫扑翼样机研制

仿昆虫微型扑翼飞行器（FW-MAN）可以模仿昆虫悬停、垂直起飞以及侧飞等飞行姿态,从而适应复杂多障碍环境,具有广阔的应用前景。成功设计研制了一款重23.8 g,翼展18 cm,扑动幅值180°,扑动频率可达22 Hz的可垂直起飞的仿昆虫微型扑翼飞行器。采用曲柄摇杆与滑轮的组合机构作为样机扑动机构以解决原有样机扑动方案存在高摩擦及结构复杂等问题,样机翅翼设计为具有扭转角度的柔性翅翼从而使样机具有更高的气动效率。考虑到现有的姿态调节机制存在增加机构复杂度问题,基于翅翼扭转的姿态调节机制,设计了相应的控制调节机构,并搭建了样机气动力测量平台和姿态调节平台。气动升力与姿态力矩测量结果表明,样机翅翼可提供足够升力,姿态调节机制具有可行性。在此基础上,选取PD （Proportional Differential）控制律作为样机控制方式,为解决参数调定耗时及直接试飞样机不易观察控制效果问题,基于姿态调节平台获取了初始控制参数,然后对样机进行了多次试飞实验,并多次调定参数,最终实现了样机稳定垂直起飞。     

从卫星SAR海洋图像中检测船目标及其航迹

从卫星ＳＡＲ海洋图像中检测船目标及其航迹是一项很有意义的工作。由于船目标有强的角反射，它的雷达回波信号比较强，在ＳＡＲ图像中的灰度值比较高。先检测船目标，再在船的周围寻找航迹的检测方案比较合理。文中先介绍了船目标的检测问题。提出应用非线性拉伸的方法增强船目标，运用形态学滤波的方法消除斑点，通过阈值方法检测出船目标后，统计船目标的长度以及中心位置等重要信息。检测出船目标后，使用曲线扫描的方法来进一步     

C型机翼局部优化设计研究

以DLR-F4模型为基本外形,利用涡格法以诱导阻力最小为原则,优选出了C型翼翼梢几何参数.采用N-S方程数值求解方法,研究了C型翼布局各部件之间的流动干扰机理.针对机翼与翼梢之间的流动干扰产生局部激波和翼梢水平段产生负升力问题,采用C型翼梢翼型优化配置的方法.仿真结果表明,这一方法较好地克服了上述不利干扰,进一步提高了C型翼的升阻性能.     

涡桨飞机发动机短舱气动改进设计研究

本文通过数值计算方法,从上下安装位置和局部外形两个方面着手改进短舱,给出两个改进方案,兼顾高速气动特性和低速气动特性两个方面,全面改善飞机气动特性,降低了短舱对机翼气动特性的不利影响,并且总结出短舱的安装位置和外形分别对机翼高低速气动特性的影响规律,为涡桨飞机翼吊短舱的气动设计提供有利经验。     

微型旋转翼与拍动翼气动力特性的比较

 用拟压缩性法求解三维非定常不可压N-S方程,研究了旋转翼及拍动翼的气动力和流场。当昆虫正常悬停时,如果翅膀旋转,产生的平均升力以及气动效率并不比拍动时的差,甚至还略好,因此,厘米级微型飞行器可以采用旋转翼,这比拍动模式容易实现。另外,小迎角旋转时升阻比可达3.1（在15°迎角,雷诺数4 000情况下）,气动效率较高而且升力系数不小,多个桨叶可以产生很大的升力。因此,在悬停时,多个桨叶小迎角旋转是厘米级微型飞行器的一个很好的方案。     

微型扑翼飞行器的升力风洞试验

针对微型扑翼飞行器在专门的低雷诺数试验风洞中进行了扑翼的升力风洞试验, 测试出了微型扑翼飞行器在正常飞行以及向上爬升状态时的升力特性曲线, 并且探讨了扑翼频率、飞行速度以及扑翼的迎角对扑翼飞行升力的影响, 在此基础上, 还分析了扑翼升力的组成部分以及相互关系.实验结果为微型扑翼飞行器总体、气动的进一步设计提供了依据.      

微型扑翼飞行器推力特性试验

通过进行微型扑翼飞行器低速风洞试验,研究了扑动翼展弦比、刚度和弯度对其推力特性的影响.制作了展弦比为2,4.和7以及带弯度与不带弯度的矩形扑动翼,并对三种不同刚度大小的矩形扑动翼进行了结构变形分析;试验风速变化范围从4 m/s到10 m/s,扑动频率从4 Hz到8 Hz.风洞试验结果表明适当的增大扑动翼展弦比或减小扑动翼刚度有助于提高扑翼飞行器的推进效率;而扑动翼翼型弯度的增加不利于推力特性的提高.      

基于甲虫后翅的仿生扑翼振动模态特性分析

扑翼微型飞行器(FWMAV)的动力主要来源于机翼在低雷诺数下的高频扑动,在空气动力、惯性力以及机翼弹性力的综合作用下,机翼结构在发生形变的同时也会发生振动并影响微飞行器的动稳定性。针对扑翼振动特性的问题,本文获取了甲虫后翅的几何形貌参数和翅脉结构,发现后翅的前缘脉(C)和次前缘脉(Sc)中分布有体液微流;并在获取后翅材料力学数据的基础上,建立了三种不同翅脉结构(实心、空心、“空心+体液”)的后翅力学耦合模型;利用ANSYS对该力学耦合模型进行了振动模态特性分析,结果表明,在后翅扑动频率范围内,“空心+体液”的模型既能获得轴向和展向的变形能力,又能保持后翅基本形态,具有更优的动稳定性。     

一种翼身融合布局飞行器的偏离特性分析

为研究某翼身融合布局飞行器的偏离特性,在南京航空航天大学回流式低湍流度开口风洞中进行了飞机模型的大迎角静态测力试验。通过对试验结果的充分挖掘,利用横航向静稳定性判据、侧滑偏离判据、横向控制偏离参数以及Weissman组合判据进行分析,获得了飞机的大致初始偏离迎角和偏离区域,并对飞机的尾旋敏感区进行了预测。同时,利用风洞虚拟飞行试验技术进行三自由度释放验证。结果表明:该翼身融合布局飞行器的横向静稳定性较差,在很小的迎角下就可能出现非指令滚转运动,这也是造成偏离发散的主要原因;而虚拟飞行试验对偏离现象有较好的复现,与通过稳定性判据得到的偏离特性具有较好的对应关系,验证了虚拟飞行试验在偏离特性研究上的可靠性。     

滤波器群时延对二元翼段阵风减缓的影响

针对二元翼段阵风载荷减缓主动控制系统,研究了数字滤波器群时延对阵风减缓效率的影响。首先建立了气动弹性模型,并将时滞系统转化为等价的无时滞系统。随后设计了阵风发生器、数字滤波器及时滞线性二次型(Linear quadratic,LQ)控制器等组成控制系统。最后对系统进行数值仿真并开展风洞实验加以验证。研究发现,当滤波器群时延量较小时可以改善控制系统性能,提高阵风载荷减缓效率,但随着滤波器群时延量增大,阵风载荷减缓效率降低甚至出现控制器失效的情况。