某型直升机飞行性能仿真建模与验证

主要研究并建立直升机飞行性能仿真模型,在直升机动力学和运动学微分方程的基础上重点解算作用在直升机各部件上的气动力和力矩模型,建立旋翼和尾桨的气动仿真模型,对旋翼挥舞运动进行了分析研究,还考虑了平尾、垂尾、机身和重力的仿真模型。最后通过对各飞行性能指标及其验证原理方法的分析研究,验证了静态性能指标,应用标量指标法验证动态性能指标。     

某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统设计

对某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统进行了设计研究.给出了某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统的模型框架.定义了建模过程中所涉及的主要坐标系,研究与分析了与主旋翼相关的诱导速度、挥舞角、拉力、扭矩的计算方法,给出了舰载直升机部件气动建模思路.最后,结合舰载直升机数据,对直升机飞行模拟器飞行仿真系统对舰载机飞行员的操纵响应进行了仿真分析.设计的舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统已经成功应用到了某型舰载直升机飞行模拟器上,具有仿真度高、实时性好等特点,起到了良好的训练效果,得到了舰载直升机飞行教员和学员的认可.     

直升机机动飞行的数学描述及仿真

直升机机动飞行的研究对于直升机空战战术具有十分重要的作用,为此首先介绍了直升机机动飞行的数学描述及仿真方法,即在直升机三自由度模型下用数学方法对直升机机动飞行轨迹进行描述,得出完成机动动作需要施加在直升机上的控制指令,通过指令转换模型将控制指令转换为操纵直升机的操纵量,然后在直升机飞行动力学模型下对机动飞行进行仿真。然后分别对直升机"加速减速"机动和"障碍滑雪"机动科目进行了数学描述和机动飞行仿真,仿真结果验证了数学描述及仿真方法的可行性。     

多无人直升机的相对动力学建模方法及其编队控制

本文将多无人直升机编队控制分解为若干对具有主从结构的无人直升机相对状态控制问题,并提出利用相对动力学建模方法设计编队控制器.无人直升机相对动力学由6自由度空间刚体相对动力学和单体直升机飞行动力学两部分组成.基于这种相对动力学模型利用反馈线性化和扩展高增益观测方法设计具有内外环阶梯结构的控制器.最后,通过仿真验证了这种方法能够跟踪给定期望值并具有一定扰动抑制能力.     

小型四旋翼直升机的建模与仿真控制

针对实现对小型四旋翼直升机的飞行控制,为提高飞行性能和加强稳定性,根据四旋翼直升机特有的机械结构和飞行原理,利用牛顿-欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的飞行动力学数学模型,而且对该型进行了合理的简化.同时在Matlab/Simulink仿真环境下,采用直升机动力学模型搭建了模块化、层次化的系统仿真图,并通过PID控制算法对直升机悬停状态进行仿真,实现了直升机姿态控制.仿真结果表明在具有小扰动的条件下,模型能够仿真小型四旋翼直升机的飞行状态,满足直升机飞行姿态的控制要求.     

改进的频域辨识方法及其在直升机建模中的应用

本文提出了一种改进的直升机状态空间模型的频域系统辨识方法.该方法根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应.将模式识别中的K平均理论应用到搜索状态空间模型代价函数的最小值中,根据机理建模结果拟合频率响应得到线性的六自由度直升机状态空间模型中的待辨参数.频率响应的计算中应用了一种复合窗函数方法,该方法综合不同窗口长度的频率响应得到一组优化的结果,显著增加了动力学模型频带和频率响应的精度.比较辨识得到的模型和飞行试验数据响应结果表明,辨识得到的模型较好地反映了该型无人直升机在悬停状态下的动力学特性.     

一种通用直升机飞行动力学建模软件

直升机因为特有的旋翼气动特性,使得其飞行建模较为复杂,而实时仿真系统的建立在飞机研制、性能验证及改型等各环节中都起到了一个重要的作用.文章介绍了一个单旋翼带尾桨直升机通用的建模工具,在此工具下,只需要输入直升机的构型参数以及相应的风洞气动数据,就可以建立起直升机的全量非线性动力学数学模型,并提供相应的配平程序以及动态响应计算程序.相比较于国外同类型的软件,文中提出的建模工具建立的模型可以运行在实时操作系统上.     

小型无人直升机的数学建模与仿真

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行精确的数学建模.本文以Raptor90小型无人直升机为研究平台,综合考虑了直升机在不同飞行模态下的飞行特性,利用基于叶素理论的积分算法,对直升机进行非线性建模,并对所建模型进行数值仿真.仿真结果表明,所建模型能够较好的反应直升机的动态响应特性,所建模型具有较高精度,可基于此模型进行飞行控制器的设计.     

以战术协同为目标的直升机运动性能仿真

为了在直升机模拟作战平台上实现任务规划和战法推演.使模拟直升机能够具有和真实飞机相同的运动特性.从直升机战法模拟这个工程应用的角度出发,通过直升机已知的部分飞行性能特点,运用滑流理论推导出一套直升机旋翼需用功率及可用功率的计算方法.并根据工程应用对直升机性能需求的侧重点,运用飞行动力学建立直升机运动的简化模型.最后用编程工具进行仿真.并将直升机的功率分析应用到其运动模型之中.仿真结果表明该方法是可行的.     

Linux环境下模型直升机飞行过程的实时3D仿真

论文给出了模型直升机飞行仿真系统的整体结构。介绍了在Linux平台下,采用FLTK图形界面库和Mesa/OpenGL实现模型直升机飞行状态3D可视化仿真与实时再现的过程,并分析了仿真过程中建模、动画显示、网络通讯、视角变换等问题。     

基于多信道无线传输的旋翼载荷测试技术研究

直升机旋翼系统载荷和强度飞行试验是对真实大气环境中旋翼系统应力载荷谱的研究,它提供的真实数据是理论计算所不能提供的;因此旋翼系统载荷试飞是直升机设计定型试飞中极其重要的项目;针对直升机旋翼系统载荷测试技术需求,采用模块化、冗余度和高集成的设计理念,通过多信道无线传输设计等技术,将采集的动态载荷数据调制、发射与解调,实现了多通道、高带宽和精同步的旋翼系统载荷数据采集与监控;该技术对于直升机旋翼系统载荷试飞中遇到的类似问题具有一定的借鉴意义。     

模拟加速方法的设计和验证

为在直升机旋翼气动性能数值模拟时简化建模过程、缩减计算时间,利用用户自定义函数（User Defined Function,UDF）设计混合模型盘激励模型和线激励模型,并对简单旋翼的悬停工况进行模拟.与风洞试验结果的对比表明：所设计的混合模型在简化旋翼模型的同时,能有效地计算旋翼的气动特性,模拟旋翼悬停时的流场,具有正确性和可行性;盘激励模型作为定常计算模型能够较快地计算得到旋翼的气动性能,缺点是不能体现每个桨叶对流场的单独作用;所设计的线激励模型在计算时由于所用的诱导速度为平均值,所以计算结果中旋翼效率比实际值偏高;通过与粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）测量结果对比发现,线激励模型能较好地模拟出桨尖涡的分布.     

From the Test Benches to the First Prototype of the muFly Micro Helicopter

The goal of the European project muFly is to build a fully autonomous micro helicopter, which is comparable to a small bird in size and mass. The rigorous size and mass constraints infer various problems related to energy efficiency, flight stability and overall system design. In this research, aerodynamics and flight dynamics are investigated experimentally to gather information for the design of the helicopter’s propulsion group and steering system. Several test benches are designed and built for these investigations. A coaxial rotor test bench is used to measure the thrust and drag torque of different rotor blade designs. The effects of cyclic pitching of the swash plate and the passive stabilizer bar are studied on a test bench measuring rotor forces and moments with a 6–axis force sensor. The gathered knowledge is used to design a first prototype of the muFly helicopter. The prototype is described in terms of rotor configuration, structure, actuator and sensor selection according to the project demands, and a first version of the helicopter is shown. As a safety measure for the flight tests and to analyze the helicopter dynamics, a 6DoF vehicle test bench for tethered helicopter flight is used.     

遥控模型直升机分通道模型辨识方法研究

设计了嵌入式控制系统,研究了小型遥控直升飞机在悬停状态的模型辨识方法.按照遥控直升机的4个控制输入(纵向周期变距、横向周期变距、总距、以及尾距),直升机的运动可分解为俯仰、倾斜、升降和航向4个通道,分别采用分通道飞行实验数据,通过Matlab辨识工具,得到了遥控直升机在悬停状态下各通道的单榆入单输出控制模型.飞行实验数据的验证结果表明,分通道数学模型可以很好地反映相应通道的动态特性,对实现遥控直升机自动驾驶控制具有重要的应用价值.     

Modeling and Simulation of the HADA Reconfigurable UAV

The “Helicopter ADaptive Aircraft” (HADA) is a reconfigurable UAV that performs both as a helicopter for take-off, landing and hovering flight, but that “morphs” in flight to a conventional fixed wing configuration for cruise flight, unfolding the wings that are beneath the fuselage and transferring power from the main rotor to a pusher propeller. This paper presents the dynamic model of the behaviour of the HADA in the transition phases. The model takes into account the aerodynamic effects and variable mass and inertia characteristics of variable sweeping wings which are present in the HADA design, incorporating wind tunnel data. Simulations of the wing deployment process of the HADA are also presented.     

直升机飞控系统集成仿真平台开发

研究直升机飞行控制系统的设计开发需求,根据系统集成的开发理念,实现VC++开发环境下Matlab/Simulink和三维实时视景仿真软件Vega的综合集成,利用现有成熟软件工具,在一台普通PC机上开发了一个集仿真管理、控制算法设计与优化、三维可视化于一体的直升机飞行控制系统仿真平台,对直升机飞行控制系统的设计开发提供集成平台支持。集成平台可充分满足用户的仿真任务需求,可提高系统开发效率,同时具有通用的集成开发思路对类似系统研制和开发具有一定的参考价值。     

共轴刚性旋翼桨尖间距建模与参数影响研究

共轴刚性旋翼桨尖间距是涉及直升机飞行安全的关键问题,建立了共轴刚性旋翼综合气弹分析模型,开展了升力偏置、前进比、旋翼交叉角、提前操纵角以及高阶气动载荷等因素对桨尖间距影响的数值计算和分析研究.研究结果表明,升力偏置是影响桨尖间距最重要的因素,随着升力偏置量增大,桨尖间距呈线性减小趋势,而且旋翼拉力越大,趋势直线的斜率就越大,本质上桨尖间距是由桨根动态挥舞弯矩决定的,桨尖间距不会随飞行速度的增大而减小,旋翼交叉角对桨尖间距有一定的调节作用,提前操纵角和高阶气动载荷则对桨尖间距影响很小.