悬停状态桨尖形状对中小型旋翼的影响

针对悬停状态中小型飞行器气动性能,考虑桨尖涡对飞行器桨叶桨尖的影响,分析了不同形状桨尖桨叶气动特性及其变化规律。尖削桨尖旋翼可有效削弱桨尖涡,从而降低旋翼的阻力距。桨尖涡导致桨尖处下洗速度减小,使桨尖处桨叶截面翼型的实际迎角增大。随着转速的提高,桨尖雷诺数的增大,尖削桨尖的优势才逐渐体现。     

超小型旋翼机系统悬停状态的辨识仿真研究

建立了超小型旋翼机系统的非线性参数化模型. 通过把非线性模型在悬停点线性化，得到用物理参数描述的系统姿态运动的线性模型；基于其离散状态空间模型，采用子空间方法进行线性系统识别．仿真结果表明：子空间方法可以较准确地辨识所推导的超小型旋翼机系统悬停状态的线性物理参数模型，从而能获得系统的一些难以准确计算或测量的主要物理参数．     

一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究

根据一种远程自主水下航行器的组成和特点,建立了纵向运动的非线性数学模型,并进行了线性化处理。在此基础上,基于滑模控制理论,分别研究了基于水平舵的纵向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后垂向推进器的纵向悬停控制。仿真结果初步表明:该控制器可满足水下航行器纵向巡航控制和悬停控制的需要,并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。     

基于四旋翼飞行器的改进金字塔LK光流算法的研究

针对四旋翼飞行器在飞行过程的水平漂移问题,提出利用改进的金字塔LK光流算法予以改善.首先,通过VisualStudio2013仿真,确知改进的金字塔LK光流算法比传统金字塔LK光流算法对图像的速度信息提取精度更高.然后,再建立四旋翼飞行器的动力学模型,将两种光流算法导入MATLAB的仿真模型中,得出:四旋翼飞行器能有效根据改进的金字塔LK光流算法获得速度信息以降低水平漂移.最后,通过在轴距为430 mm的四旋翼飞行器的平台上进行飞行试验,结果表明:采用改进的金字塔LK光流算法能使四旋翼飞行器的水平漂移程度降低,可实现较为稳定的悬停.     

Power reduction and the radial limit of stall delay in revolving wings of different aspect ratio

Airplanes and helicopters use high aspect ratio wings to reduce the power required to fly, but must operate at low angle of attack to prevent flow separation and stall. Animals capable of slow sustained flight, such as hummingbirds, have low aspect ratio wings and flap their wings at high angle of attack without stalling. Instead, they generate an attached vortex along the leading edge of the wing that elevates lift. Previous studies have demonstrated that this vortex and high lift can be reproduced by revolving the animal wing at the same angle of attack. How do flapping and revolving animal wings delay stall and reduce power? It has been hypothesized that stall delay derives from having a short radial distance between the shoulder joint and wing tip, measured in chord lengths. This non-dimensional measure of wing length represents the relative magnitude of inertial forces versus rotational accelerations operating in the boundary layer of revolving and flapping wings. Here we show for a suite of aspect ratios, which represent both animal and aircraft wings, that the attachment of the leading edge vortex on a revolving wing is determined by wing aspect ratio, defined with respect to the centre of revolution. At high angle of attack, the vortex remains attached when the local radius is shorter than four chord lengths and separates outboard on higher aspect ratio wings. This radial stall limit explains why revolving high aspect ratio wings (of helicopters) require less power compared with low aspect ratio wings (of hummingbirds) at low angle of attack and vice versa at high angle of attack.     

四旋翼飞行器悬停算法设计与实现

针对四旋翼飞行器悬停困难的问题,从外力平衡与外力矩平衡两点出发,根据牛顿-欧拉方程对悬停状态下的飞行器建立动力模型,利用PID控制理论进行回路控制,设计了四旋翼飞行器的悬停算法。现场飞行测试结果为飞行器在水平范围±2 m、垂直范围±1 m的空间范围内漂移,实现了飞行器的悬停功能。     

悬停直升机桨叶下方的旋翼诱导流动计算

建立了旋翼自由尾迹模型，求解了悬停状态下桨盘下方0.1R处的旋翼诱导速度分布，计算结果与实验数据吻合较好，并对计算结果进行了简要的分析。     

新型远程自主水下航行器侧向滑模变结构控制

根据新型远程自主水下航行器操纵机构的组成和特点，建立了其侧向运动的非线性数学模型，并进行了线性化处理。在此基础上，基于变结构控制理论，分别研究了基于垂直舵的侧向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后侧向推进器的悬停转向控制。仿真结果表明，该控制器可满足水下航行器侧向巡航控制和悬停转向控制的需要，并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。     

共轴双旋翼悬停地面效应分析

共轴双旋翼直升机在近地悬停时存在复杂的旋翼/旋翼/地面干扰效应.为分析近地悬停时共轴双旋翼流场及拉力变化,发展一种共轴双旋翼悬停地面效应计算方法.首先,分别采用升力面法和面元法模拟桨叶和地面对流场的作用,使用三阶精度时间步进格式进行桨叶尾迹计算,并在尾迹迭代过程中引入"等体积"法修正尾迹.然后,运用模型得到共轴双旋翼无地效的诱导速度分布和单旋翼地面效应下的拉力增益并与试验结果对比,验证方法的合理性.最后,基于算例,分析了共轴双旋翼在地面效应悬停状态下的特性,包括尾迹及流场特点、诱导速度与拉力分布、旋翼间干扰和拉力增益.结果表明:悬停地面效应下共轴双旋翼的尾迹发生卷起并径向扩展,其桨盘平面的诱导速度由上旋翼、下旋翼和地面共同引起;分析也表明了悬停地面效应下共轴双旋翼桨盘平面诱导速度及桨叶拉力分布更均匀,在相同功率下,共轴双旋翼的地面效应拉力增益大于同实度单旋翼的拉力增益.     

基于卡尔曼滤波的四旋翼飞行器姿态估计和控制算法研究

四旋翼飞行器作为无人机的一种,由于其简单气动布局和复杂的动力学模型,在控制领域获得了越来越多的学术关注;本文首先分析了微机电系统惯性测量单元(MEMS IMU)传感器的误差,给出了基于自回归(autoregressive,AR)噪声模型的卡尔曼滤波算法设计;然后根据加速度计和陀螺仪长短周期测量的不同特性,进一步对姿态数据做互补融合,实验表明此算法可以实现良好的滤波效果;基于上面的姿态估计,本文又提出了一种双增益的PD控制算法对飞行器进行姿态控制;最后将姿态估计算法和控制算法应用到实验平台中,可以实现四旋翼在支架上的自主悬停等功能.