多螺旋桨太阳能无人机推力分配方法研究

太阳能无人机的设计需以能量为核心,太阳能无人机多采用分布式推进系统,对推力分配进行优化可以有效提高螺旋桨效率进而提高能源利用率。在推力到桨效率的函数为凸函数的情况下,螺旋桨效率之和最大分配问题可以近似转化为拉力二范数最小分配问题,使用伪逆法解决了拉力二范数最小分配问题。将伪指令v d的误差最小作为优化目标之一考虑,形成混合优化目标,用不动点法求解了混合目标分配问题。螺旋桨的衰减滞后特性会增大伪指令误差,使用动态增益对螺旋桨动态特性进行补偿。对比数字仿真结果,不动点法相比伪逆法在降低了伪指令误差的同时,可以有效兼顾推进系统效率最高的目标;动态增益补偿可以有效削弱螺旋桨动态特性对整个推力分配系统造成的不利影响。     

多螺旋桨太阳能无人机航向控制分配方法

针对太阳能无人机飞行过程能源优化问题,通过研究类‘太阳神’大尺度太阳能无人机的特点,提出能源模块化管理方法,并讨论无人机高度势能储能方法,同时建立太阳能辐射强度模型;考虑到无人机配置有多个螺旋桨,引进控制分配算法,在能源模块化的基础上,针对一天中不同时段,可利用能源存在差异的情况,分别采用变权伪逆法和变约束再分配伪逆法以对无人机航向进行控制。仿真结果表明,这2种分配方法均能使太阳能无人机在100 s内,达到控制目标,取得良好的控制效果。     

螺旋桨滑流对飞机气动特性影响的数值分析

提出了一种预测螺旋桨滑流对全机气动特性干扰的数值方法。采用随桨叶旋转的螺旋尾涡系与机体表面定常马蹄涡系之间的干扰为数学模型。计算对应螺桨每一方位角时两涡系对网格控制点的诱导速度及压力系数，由此得到螺桨一个旋转周期的全机气动特性的时均值。算例计算表明，本文方法所获全机升力特性、阻力特性与实验值吻合良好。俯仰力矩在小迎角无襟翼偏转时与实验值也较吻合。该方法对单发或多发螺旋桨飞机均适用。     

全翼布局太阳能无人机滑跑特性分析与控制

以全翼布局太阳能无人机为研究对象,针对其滑跑过程中没有前轮转向伺服和方向舵等进行控制的问题,提出了采用螺旋桨动力差动进行滑跑控制的方法。首先,建立了起落架前轮自由转向和前轮固支2种布局形式的全翼布局太阳能无人机滑跑模型,并对其在不同速度下的滑跑特性进行分析。然后,基于线性自抗扰控制方法设计了以螺旋桨动力差动为控制输出的偏航角控制器。最后,通过改进向量场轨迹跟踪方法,设计了适合起降滑跑的直线轨迹跟踪器。仿真结果表明,所设计的控制器能够对全翼布局太阳能无人机的起降滑跑过程进行有效控制,并具有较好的鲁棒性。     

太阳能无人机低雷诺数翼型气动特性研究

以高空低速太阳能无人机翼型研究为背景,对大弯度高升力翼型在一定雷诺数范围内的流动特性进行了研究。采用求解k-kl-w湍流模型的雷诺平均N-S方程有限体积法,对SD7037翼型进行了数值模拟,在排除网格效应影响的基础上,针对较大范围内的低雷诺数复杂流动问题,验证了该湍流模型的适用性与准确性;针对翼型受力特性,分析了气动力随雷诺数变化的趋势;基于典型雷诺数下翼型绕流结构变化,研究了翼型产生高升力的流动特征;通过进一步研究升力非线性特征,揭示了较大迎角下翼型失速特征的流动机理。     

超柔性太阳能无人机纵向操稳特性研究

针对高空长航时太阳能无人机的超柔性机翼气动弹性变形明显,与飞行动力学响应耦合,常规分析方法会引起较大误差的特点。本文首先采用拉格朗日方程建立了能够反映超柔性特性的结构/飞行耦合动力学模型;然后结合气动弹性引起的结构变形、全机构型变化和气动导数变化,采用根轨迹法深入分析超柔性太阳能无人机的纵向稳定性;最后研究了气动弹性变形对纵向飞行控制律的影响规律,提出了改进方案并进行了仿真验证。发现超柔性太阳能无人机的纵向特征根随机翼刚度变化很明显,尤其当刚度较小时将会出现短周期和一弯模态耦合、长周期不稳定等不利现象;采用刚性或静气动弹性模型设计得到的控制律增益偏小,同时控制机翼变形和飞行姿态可以得到更平滑的控制效果。     

串列螺旋桨空化特性数值分析

运用计算流体力学(CFD)理论,基于均质多相流雷诺平均N-S(RANS)方程,结合SST k-ω湍流模型及Z-G-B(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型,首先对CLB4-55-1串列螺旋桨的非空化定常水动力特性及对NACA66翼型的定常流空化性能进行数值模拟,验证计算方法的可靠性;然后对该串列螺旋桨的空化性能展开数值模拟与分析。计算结果表明,所建立数值计算模型可以较为精确地预报串列螺旋桨的空化性能;串列桨的空化特性相较于单桨基本一致,但是在某些特定进速系数及空化数时,后桨的空化现象较前桨更为明显;当进速系数变大或空化数变大时,空化现象均会消失。     

利用螺旋桨动力配平的飞翼布局无人机

静稳定的固定翼飞机纵向稳定性与飞行性能对飞机布局的要求往往相矛盾,这个矛盾对飞翼布局飞机的影响尤其显著,这导致飞翼布局的飞行性能一定程度上被降低。针对这个问题,提出了采用螺旋桨动力参与纵向配平的飞翼布局无人机。提出的飞翼布局无人机使用正弯度翼型改善升阻特性,利用外洗和螺旋桨动力实现无人机纵向配平。利用CMARC面元法和粘性阻力修正进行气动力计算和稳定性分析,在失速范围内,其计算结果与风洞实验结果吻合较好。研究了动力系统螺旋桨和电机的匹配,同时考虑到不同任务段功率需求不同,建立了动力系统效率计算模型并融入到总体设计中。基于遗传算法对有无动力配平的飞翼布局无人机总体参数进行了优化,优化结果表明:采用螺旋桨动力配平可以部分地替代升降副翼进行纵向配平,一方面提升了无人机最大可用升力系数,增大了无人机翼载荷,在保持翼展固定的条件下增大了无人机展弦比,另一方面减小采用正弯度翼型飞翼布局无人机的后掠角和外洗,改善无人机展向升力分布,二者共同作用下提高无人机升阻比,提升了无人机的航时。最后探讨了总体参数对螺旋桨动力配平布局无人机性能的影响,为此类无人机设计提供了一定的指导意义。     

提高小型无人机螺旋桨效率的工程方法

提高螺旋桨效率一直是螺旋桨设计中的关键问题。常规的螺旋桨设计理论主要是针对大型飞机的。小型低速无人机螺旋桨的工作特点从多方面制约了螺旋桨效率的提高。本文基于多种型号无人机螺旋桨的研制实践，从选用高性能桨型、放宽螺旋桨桨尖马赫数的上限、合理匹配螺旋桨的吸收功率与发动机的输出功率、精选桨材、提高加工工艺质量、加强表面防护等方面，总结出一套提高小型低速无人机螺旋桨效率的工程手段。风洞试验与飞行实践证实了其有效性与可靠性。     

攻角对螺旋桨非定常特性的影响分析

为了分析入流速度攻角的连续变化对螺旋桨非定常特性的影响,应用滑移网格技术对螺旋桨运动进行了数值分析。结果表明:螺旋桨的时均拉力会随攻角的增大而增加;对于各单独叶片而言,向下运动时,随着攻角的增大,拉力会逐渐增加,向上运动时,拉力则会减小;在特定方位角时,随着攻角的增大,桨叶前端的轴向速度会略微增大,桨叶后端的轴向速度在小攻角时也会发生略微的变化,但在攻角较大时变化较明显;随着攻角的增大,桨叶所受到的周期性非定常载荷的波动会逐渐加剧。     

太阳能——电能高空长航时无人机

英国QinetiQ公司将设计和建造一架太阳能一电能无人机．作为有价值的观测数据平台．可用来实时观测自然界灾害状况．如洪水险情、森林火灾，以及农业与环境监测等。     

数控车床主轴单元动特性分析

在对某型数控车床进行切削动态试验的基础上，建立了机床主轴组件的有限元动力学模型，并对主轴单元的动特性进行了计算和分析，提出了改进意见。文中有限元计算结果与试验数据的误差小于5％。     

发动机液压悬置动特性分析

根据典型液压悬置的物理结构建立数学模型和仿真模型,并对其动特性进行仿真计算与试验验证,试验结果证明了数学模型及仿真模型的正确性和适用性,最后分析了各个元件参数对液压悬置动特性影响规律。     

径向射流紊动特性分析

在应用Realizablek-ε模型对静水环境中径向射流数值模拟的基础上,对其紊动特性进行分析,得到了各种等值线的平面分布图、射流中心线上紊动强度、紊动能及其耗散率的沿程衰减情况,并给出相应的拟合关系式,对各断面的紊动强度、紊动能及其耗散率、雷诺切应力进行分析发现其值在距离出口处一定距离后表现出较强的自相似性,均是从中心向两侧先增大后减小而后达到一个较小的稳定值,与平面射流及圆形射流紊动结构变化规律相似,但它们的最大值均大于后两者的最大值,说明其紊动更加剧烈,对废水有更好的稀释效果.     

永磁操动机构磁场计算及动特性分析

在建立永磁操动机构动态分析数学模型的基础上，采用有限元分析方法对永磁操动机构激磁后的动态特性进行计算，得出了动铁芯运动过程中的机构磁场分布，线圈电流，动铁芯的位移，运动速度及在运动中受力随时间变化的规律，并比较了在两种不同激磁方式下的机构运动特性及电压大小对永磁操动机构运动特性的影响。     

永磁操动机构磁场计算及动特性分析

在建立永磁操动机构动态分析数学模型的基础上，采用有限元分析方法对永磁操动机构激磁后的动态特性进行计算，得出了动铁芯运动过程中的机构磁场分布，线圈电流、动铁芯的位移、运动速度及在运动中受力随时间变化的规律，并比较了在两种不同激磁方式下的机构运动特性及电压大小对永磁操动机构运动特性的影响。     

加固打印机动特性的有限元分析

加固打印机是构造复杂的机电一体化系统。文中利用有限元单法对加固打印机的动态特性进行了理论分析，获得了系统的前１５阶固有频率、模态和振型阻尼。