基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落技术

针对四旋翼飞行器在依靠地标导航完成动平台自主降落任务中存在的目标易丢失、地标定位死区大和降落可靠性差等问题,设计了一种基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落系统。该系统以圆环地标和二维码构成复合地标来解决仅用单一地标定位时存在的定位死区大和定位范围小等问题。针对地标识别丢失、动平台车轮打滑和码盘标定不精确等问题,建立动平台的精确运动模型同时考虑码盘包含未知测量偏差,基于扩展卡尔曼滤波器实现了对动平台连续位姿的在线估计。最终,基于动平台位姿估计结果以最小Jerk指标设计降落轨迹和降落策略,实现了四旋翼飞行器在动平台上高效平稳的降落。为验证所提系统的有效性,设计了仿真和实际降落实验,验证了所提复合地标实现摄像头距离在0.5~6.0 m内的综合完整定位;所设计的动平台状态估计器能在码盘存在未知测量偏差的情况下准确估计出平台的实时位姿,同时所提自主优化降落策略和轨迹规划算法保证了可靠的动平台降落。     

翼上螺旋桨构型耦合气动特性及翼型优化设计

针对半环形式翼上螺旋桨构型,研究了螺旋桨-机翼耦合流场特性,并以短距起降（STOL）状态最优升阻特性为目标对机翼翼型进行全局优化。首先,针对螺旋桨-气动面耦合构型,通过动量源法与真实桨叶模型CFD的计算对比,分析动量源法用于该构型设计分析的可行性。其次,为得到有利于桨-翼耦合特征的新翼型,建立了翼上螺旋桨构型自由型面变形（FFD）参数化模型,采用遗传算法对翼上螺旋桨构型机翼翼型进行全局寻优设计,分析了优化翼型参数及流场变化规律。最后,将优化翼型用于三维半环形机翼,分析其流场特性与二维计算结果的异同,验证二维翼型优化的有效性。结果表明：真实桨叶多重参考系（MRF）方法不能准确计算翼上螺旋桨构型下的流场结构,而动量源法计算结果与真实桨叶滑移网格非定常方法较为吻合;采用二维动量源CFD方法进行翼型的遗传算法优化是有效的,受半涵道的保护,二维优化翼型的优势在三维构型中得到了有效继承;翼上螺旋桨构型的翼型优化应当着重关注翼面曲率变化,在本文计算状态下,通过增加桨盘附近翼面曲率、保持附着流动来加强Coanda效应,有效实现了气动增升,优化后机翼升力提高了22.51%,显著减弱桨盘后高压区并产生二次吸力峰值,同时保持了机翼负阻力特性。     

基于常规发动机发展STOVL推进系统的总体性能方案

结合F135-PW-600发动机构型,开展基于常规涡扇发动机发展短距起飞/垂直降落(STOVL)推进系统的总体性能方案研究,分析了影响性能方案的各升力部件参数,完成了针对总升力提升的方案优化。研究结果表明:以提高总升力为目标,升力风扇应选取低功耗、小压比、大流量的参数组合;滚转喷管引气量应由风扇裕度、滚转力及其力矩控制需求共同决定;增加外涵道调节机构和重新设计低压涡轮等措施,可将推进系统总升力最高提升近20%;保持主发动机部件不变,通过多学科优化设计,综合考虑质量等结构参数及耗油率等性能参数影响,可使短垂推进系统净收益提升近20%。     

直升机滑跑地面共振特性研究

依据直升机定常滑跑平衡特性分析得到的起落架定常载荷、旋翼操纵量及定常挥舞,结合起落架轮胎和缓冲支柱的静、动特性试验数据,应用自由振动理论计算得到机体侧向和纵向模态特性随滑跑速度的变化规律;采用计入几何耦合的旋翼液压阻尼器动力学模型,计算了定常滑跑时旋翼周期摆振响应,并得到液压阻尼器在"双频"条件下的等效阻尼;应用平面动力学模型分析不同因素对直升机滑跑地面共振的影响。结果表明,滑跑速度会降低机体侧向模态的固有频率;某型直升机旋翼总距为2°时,在22.8~31 km/h范围内定常滑跑时,直升机遇到较大扰动时将发生地面共振,且旋翼总距增加会降低地面共振的滑跑临界速度;直升机定常滑跑时保持小总距,小扰动,则不会发生地面共振。     

LAGOON起落架缩比模型机轮空腔发声机理试验

在国际上关于LAGOON(LAnding Gear nOise database for civil aviation authority validatiON)起落架的研究中发现,机轮空腔噪声是一个重要的噪声源,为了研究其产生机理,本文以LAGOON模型的1/2缩比模型为试验对象,在北京航空航天大学D5气动声学风洞中进行试验。已有LAGOON模型数值模拟结果表明,过顶和侧边噪声中的纯音噪声与机轮空腔息息相关。并在LAGOON缩比模型试验结果的基础上,利用空腔填充的方法重点展开机轮空腔发声机理研究。通过对比不同填充方式的模型噪声试验,结合已有的半经验公式和前人成果,验证了空腔噪声中纯音噪声的产生机理与机轮空腔的声学共振现象有密切关系。     

支柱式前起落架摆振性能研究

为了研究支柱式前起落架的摆振性能,建立了双轮式摆振方程组。在线性参数方面,研究了支柱柔性和陀螺力矩对摆振性能的影响;在非线性参数方面,研究了扭转间隙和库仑摩擦对摆振性能的影响。研究结果表明支柱刚度不足时会发生"结构性摆振";支柱扭转间隙过大时会发生"间隙性摆振",这两者必须予以避免;陀螺力矩对摆振影响不大且偏安全,常可忽略;使用过程中库仑摩擦的减小会降低系统的减摆储备能力。     

高原机场飞机起降滑跑距离计算与分析

针对高原机场地形复杂、气候多变,对飞机的发动机推力影响很大,进而影响飞机的起降性能的问题。建立了一种起降性能模型,结合高度、风场、重量、坡度、温度等对起降性能的影响,引入综合修正系数,通过计算关键指标参数－滑跑距离,来研究飞机高原机场起降性能,经过与实际试飞值对比验证了方法的有效性和可行性。     

民用飞机大侧风起降试飞关键技术研究

某型民用飞机的大侧风起降试飞是我国首次严格按照CCAR25部的要求将相关试飞技术完整运用于民用飞机。结合该飞机的大侧风起降试飞,对飞机理论抗侧风量的预测方法进行了研究和验证,提出了将飞机的理论抗侧风量换算至全重量范围内的方法,并详细阐述了民用飞机大侧风起降试飞过程中的关键试飞技术,可为其他运输类飞机的大侧风起降试飞提供重要的参考。     

考虑交接班误差的RLV进场着陆轨迹和安全交接区设计

针对考虑交接班误差的重复使用运载器(RLV)无动力自动进场着陆段轨迹设计问题进行了研究。将整个自动进场着陆过程分成交接段、标称下滑段和标称拉平段3个阶段。在依据标称交接班状态、触地状态逆序完成拉平段、下滑段的标称轨迹设计的前提下,针对可能存在的交接班误差,提出一种综合考虑纵、侧向位置和速度交接班误差的交接段在线三维轨迹设计方法,并结合阻力舵调整策略,实现RLV从交接班点向标称轨迹的平滑过渡;然后,在交接段轨迹设计基础上提出了交接高度平面内"安全交接区域(SIA)"的概念及其求解方法。仿真结果表明:所提出的轨迹设计方法及SIA对存在交接班误差的无动力进场着陆轨迹设计问题具有实际的参考意义。     

三轴承旋转喷管型面设计与分析

通过对短距/垂直起降用三轴承旋转喷管工作原理的分析,给出了型面设计的技术指标,并对三轴承旋转喷管型面进行了分析,探讨了等直段、型面过渡段、收缩喷管段的设计方法。同时,基于某型涡喷发动机开展了数值模拟分析,发现喷管推力矢量有效偏转角与喷管偏转角度大致呈线性关系,且前者约为后者的1.021倍,则设计的三轴承旋转喷管具有产生矢量推力的能力,满足了型面设计的要求。