微型扑翼飞行器机翼纵向力矩特性风洞试验研究

为了对微型扑翼飞行器机翼的纵向力矩特性进行研究,利用微型飞行器专用风洞对微型扑翼飞行器机翼进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对机翼的纵向力矩特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器机翼纵向力矩特性的基本规律,为进一步研究微型扑翼飞行器的稳定性和操纵性打下了基础,同时也为微型扑翼飞行器的总体设计提供参考。     

仿生扑翼微型飞行器动态避障策略

针对仿生扑翼微型飞行器飞行过程中的动态避障问题,提出了一种全局静态路径规划与局部动态路径规划相结合的避障路径规划策略。首先,综合考虑仿生扑翼微型飞行器的性能及其飞行环境,定义了路径规划的约束条件和代价函数,构建了全局静态避障的综合代价模型;其次,在此基础上考虑了动态障碍对其飞行性能的影响,提出基于时间窗口的碰撞约束,建立了融合局部动态避障规划的综合代价模型;最后,提出了改进蚁群算法,对综合全局静态路径规划与局部动态路径规划的避障路径规划进行优化求解。结果表明：本文综合动态避障路径规划策略可以有效地解决仿生扑翼微型飞行器在先验地图下的动态避障问题,一定程度上改进了动态障碍物下的避障路径寻优的不足;本文改进蚁群算法提升了动态路径寻优效率,保证了仿生扑翼微型飞行器避障控制的实时性要求。     

微型扑翼飞行器虚拟设计与飞行仿真系统开发

介绍微型扑翼飞行器虚拟设计与仿真系统的总体结构和各功能模块的实现。根据拟合的仿生公式进行微扑翼飞行器的仿生学初步设计,进而建立了飞行器的三维结构模型,并根据飞行器的结构与扑翼运动规律进行了运动仿真。由飞行器的几种典型任务确定飞行模式,在建立飞行器动力学模型的基础上进行飞行姿态控制。采用随机分形技术生成具有真实感的地形,由此讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。     

柔性翼微型飞行器试验样机研究

柔性翼微型飞行器是目前微型飞行器的重要发展方向，但是在总体、气动分析与实验等方面面临较大困难。通过对柔性翼微型飞行器试验样机的研制试飞和相关气动分析与试验，研究了解决柔性翼微型飞行器的气动性能、飞行性能与操纵稳定性的思路与方法。试验样机的研制试飞与相关风洞试验表明柔性翼微型飞行器具有飞行稳定，操纵反应适当和失速特性好等优点。     

基于反馈补偿的扑翼微型飞行器姿态跟踪控制

为解决扑翼微型飞行器姿态控制问题,给出了其姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新型连续状态反馈跟踪控制器．通过对扑翼微型飞行器动力学模型分析可知,姿态控制系统是一个多输人多输出的二阶非线性系统,其包含不确定性、多变量参数耦合及各种干扰．为此提出了一种积分反馈补偿策略,只要外部干扰和参数不确定性的微分上界已知,则可对其量值进行在线辨识和实时补偿,从而对姿态变化实施有效跟踪．分析了系统的李亚普诺夫稳定性,得出了辨识跟踪结果并进行了仿真研究,仿真结果证实了所提方法的有效性．该研究具有较大的理论价值和实用价值．     

扑翼气动力特性的数值研究

利用流体力学数值方法有限体积法,研究了低雷诺数下二维蜻蜓翼模型在运动过程中的气动力特性.结果表明:随翼型厚度的增加,其垂直升力和水平推力均有所下降;随着扑动幅值的增加,升力和推力也显著增加;改变扑动频率、升力和推力在频率为30~50Hz的范围内产生一个峰值,符合实际蜻蜓扑动频率范围;改变翼扑动平面倾角发现,随倾角的增大,升力逐渐减小,而推力则稳步增加;在一个扑动周期内,翼的下拍过程主要产生升力,而推力的产生主要来源于翼的上挥运动.     

柔性-刚性混合翼微型飞行器研究

微型飞行器是目前航空领域一个新的研究和发展方向。文章在刚性翼微型飞行器研究基础上,结合仿生柔性翼的研究,首次提出了一种柔性-刚性混合翼微型飞行器的新概念布局型式,并对其进行了详细的总体布局及参数设计。通过风洞试验对原理样机的气动特性进行了分析,对其操稳特性和抗风性能进行了初步的飞行试验研究。研究表明:文中提出的柔性-刚性混合翼布局微型飞行器具有良好的气动特性和抗风性能,为微型飞行器的设计提供了有益的参考。     

微扑翼飞行器位置控制研究

研究了微扑翼飞行器位置控制系统设计.在完成气动力计算模型和运动参数(拍动平面夹角、拍动频率、拍动幅值、旋转幅值)对气动力影响基础上,建立了微扑翼飞行器纵向动力学模型,采用了切换控制策略,选择拍动平面夹角和拍动幅值作为控制参数,利用位置误差和速度误差线性组合作为反馈信号,计算平均力,确定切换参数,完成控制规律设计.对爬升和水平飞行的控制进行了仿真实验.仿真结果表明,在切换控制策略下,Y方向上经过0.13 s后进入平飞阶段,Z方向上经过5 s后进入平飞阶段,在一定的误差范围内,所设计的控制规律可以实现位置控制.     

分布式推进翼身融合飞行器气动特性研究

基于下一代民用客机发展研究背景,针对某特种布局分布式推进翼身融合飞行器,采用数值仿真与风洞试验相结合的方法对其纵向气动特性及失速机理进行分析研究。介绍了该分布式推进翼身融合飞行器的气动构型及数值模型方法,针对当前翼身融合飞行器有无分布式动力影响下的纵向气动特性进行了对比分析,基于当前翼身融合飞行器无动力缩比模型风洞试验,在对数值模型方法进行校验的同时,结合流场显示结果对其大迎角失速发展过程中的流动机理进行分析研究。结果表明：当前分布式推进翼身融合体的分布式动力匣平台区域前缘展向流动是诱导失速发生的主要因素,但中部机身在大迎角下仍能够提供足够大的升力维持飞行,而分布式动力抽吸对于翼上流动具有较为明显的梳理作用,可以用于控制和改善翼身融合飞行器大迎角失速特性。     

Development of the NWPU20 Micro Air Vehicle

1Introduction Microairvehicles(MAVs)aredesignatedbytheDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA)oftheUnitedStates(US)asaclassof aircraftwithalargestlineardistancebetweenany twopointslocatedonthevehiclenogreaterthan6inchesandarecapableofoperatingatspeedsof40milesperhourorless[1].ThemaingoalforMAVsistoprovide inexpensiveandexpendableplatformsfor surveillanceanddatacollectioninsituationswhere unmannedairvehicles(UAVs)arenotpractical.SomeofthepotentialmissionsforMAVsare visualreconnais…     

Aerodynamic Analysis and Simulation of Flapping Wing Aerial Vehicles on Hovering

In order to design and verify control algorithms for flapping wing aerial vehicles(FWAVs),calculation models of the translational force,rotational force and virtual mass force were established with the basis on the modified quasi-steady aerodynamic theory and high lift mechanisms of insect flight.The simulation results show that the rotational force and virtual mass force can be ignored in the hovering FWAVs with simple harmonic motions in a cycle.The effects of the wing deformation on aerodynamic forces were investigated by regarding the maximum rotational angle of wingtip as a reference variable.The simulation results also show that the average lift coefficient increases and drag coefficient decreases with the increase of the maximum rotational angle of wingtip in the range of 0-90°.     

Low-Power Operational Amplifier for Real-Time Signal Processing System of Micro Air Vehicle

A low-power complementary metal oxide semiconductor(CMOS) operational amplifier (op-amp) for real-time signal processing of micro air vehicle (MAV) is designed in this paper. Traditional folded cascode architecture with positive channel metal oxide semiconductor(PMOS) differential input transistors and sub-threshold technology are applied under the low supply voltage. Simulation results show that this amplifier has significantly low power, while maintaining almost the same gain, bandwidth and other key performances. The power required is only 0.12mW, which is applicable to low-power and low-voltage real-time signal acquisition and processing system.     

离散模糊动态贝叶斯网络用于无人作战飞机目标识别

为了提高无人作战飞机的自动目标识别能力,文中提出采用离散模糊动态贝叶斯网络,对若干可观测的目标特征参数进行综合推理出目标的类型。推导了离散模糊动态贝叶斯网络的推理算法。建立了目标识别的离散模糊动态贝叶斯网络模型。仿真结果表明,该方法得出的推理结果与理论分析完全一致,而且能够将各种并不显著的目标特征进行综合,使得各种特征及不同时刻的同一特征互相修正补充,克服了依靠单一特征进行目标识别的局限。     

不可压N-S方程的高阶计算方法

采用拟压缩方法求解了不可压缩N-S方程,时间推进上采用隐式的LU-SGS方法,空间上采用R oger的五阶迎风格式。以圆柱和低雷诺数翼型绕流为计算对象,研究了这种高精度格式在低雷诺数问题中的适应性,同时分析了不同的空间精度、人工粘性等对结果的影响。结果表明:对于圆柱绕流而言,中心格式下面较大的人工粘性会延迟漩涡的周期性脱离;空间精度越高,对分离涡的刻画越细致,漩涡的周期性脱离开始得越早。     

飞翼类特殊布局无人机气动力设计研究

文章针对飞翼布局无人机的气动力设计特点,结合某特殊布局方案开展翼型/机翼气动力设计研究。根据文中提出的无尾飞翼布局无人机气动力设计原则,基于CFD方法完成了相应的气动力设计任务。风洞验证试验表明,气动力设计过程所采用的CFD方法是可靠的,文中所采取的设计思路合理有效。文中设计经验表明,合理的设计思路与可靠的CFD分析工具是成功实现气动力设计任务的有力保障。     

无人机的侦察航路规划

针对无人机(UAV)侦察任务的两个目标：(1)发现尽可能多的目标；(2)获得对所有目标尽可能多的有效侦察时间，提出了一种优化方法，包括航路规划和航路光顺两部分。首先由基于遗传算法(GA)的航路规划器根据选定的任务目标制定出优化航路，然后由航路光顺器对优化航路进行光顺以形成可供无人机飞行的航路。最后给出了仿真结果，初步表明该方法可以有效地提高无人机的侦察任务效率。     

一种无人机路径规划的混沌遗传算法

提出采用基于混沌的遗传算法进行无人机路径优化问题的求解。算法利用极坐标描述战场中的威胁位置和航路点,缩短了路径编码长度,提高了搜索效率,并在遗传算法操作时加入混沌操作,扩大了搜索范围,提高了优化速度,有效地解决了解空间巨大带来遗传算法收敛速度慢和容易陷入局部最优的局限。实例仿真结果表明,文中的算法与标准遗传算法相比,优化效率显著提高,得到的优化解即优化航路更好地规避了威胁。