一种共轴双旋翼飞行器悬停控制联合仿真

利用Adams/MATLAB联合仿真平台,对一种具有周向均匀分布3个舵机的操纵机构共轴双旋翼飞行器悬停控制问题进行了研究。考虑到目前对上旋翼和下旋翼之间气动干扰没有准确的数学模型,在动力学建模时利用叶素理论和Pitt-Peters动态入流模型对飞行器的气动干扰和挥舞运动进行近似建模,其他未准确建模的部分用控制算法进行补偿。选用鲁棒性较强的滑动模态控制算法并与PID算法相结合对飞行器姿态进行控制,同时利用PID算法建立姿态和位置的关系,使其具备按照空间坐标点悬停的能力。将装配模型导入Adams中建立动力学模型,在Simulink搭建控制器并进行联合仿真。研究结果验证了所设计控制方法的有效性,飞行器悬停位置的最大动态误差小于±0.2 m.     

小型无人直升机活塞式发动机建模技术

针对传统的无人直升机发动机研究方法存在的问题,提出一种新的活塞式航空发动机系统建模方案。结合旋翼系统的特性,利用叶素理论对旋翼桨叶进行分析,分别建立了发动机功率特性模型和旋翼的负载模型,根据发动机的动力学特性得到发动机的转速,并通过Matlab仿真和试车台试验进行验证。仿真试验结果证明:该模型合理可行,能够满足无人直升机的仿真控制要求。     

基于增量动态逆的倾转旋翼飞行器飞行控制律设计

针对非线性动态逆控制对模型精确度要求高、鲁棒性差的特点,设计了基于增量非线性动态逆方法的倾转旋翼飞行器全模式飞行控制律。在倾转旋翼飞行器动力学模型的基础上推导出增量动态逆控制律,针对倾转旋翼飞行器操纵存在冗余的特点,在增量动态逆算法的基础上引入舵面控制分配算法;提出一种实时解算控制效率B阵的方法,并设计了一种能够降低对精确数学模型依赖的全模式控制律。通过仿真验证了所提算法对倾转旋翼飞行器控制的有效性。     

四旋翼无人机前飞模态特性

为研究四旋翼无人机在前飞模态下的特性,通过机理建模（叶素法）和风洞试验分析多旋翼无人机在前飞时桨叶和机身气动特性,分别得到了桨叶和机身在前飞模态的气动力模型。该气动力模型带入建立的刚体运动学方程中,可得四旋翼无人机在前飞模态下的非线性动力学模型和状态空间模型,并进行了风洞试验验证。结果表明：在前飞时桨叶气动力模型与悬停模型存在较大的区别;四旋翼在前飞模态时存在俯仰/垂向通道的耦合和滚转/偏航通道的耦合。     

一种倾转四旋翼无人机及其过渡段姿态控制

为解决常规四旋翼无人机前飞速度慢、续航时间短、固定翼飞行器无法垂直起降和悬停的不足,设计一种小型倾转四旋翼QTR(quad tilt-rotor)无人机.建立QTR无人机的动力学模型,针对该无人机的过渡段姿态控制特点设计基于鲁棒伺服 LQR 控制理论的姿态控制器,针对 QTR 由垂直模式切换水平模式的过渡阶段设计控制策略,并通过仿真实验,对比传统控制方法进行验证.仿真结果表明:该无人机既兼顾传统四旋翼无人机的飞行功能,又能像固定翼飞行器一样进行长距离快速飞行.     

基于信息融合的八旋翼飞行器状态解算

针对四旋翼飞行器欠驱动控制和有效负载能力不足的特性,提出了八旋翼飞行器作为解决方案。分析八旋翼飞行器的动力学模型,建立其运动状态方程,采用无迹卡尔曼滤波算法实现飞行器姿态检测系统的数据融合。通过理论分析和Matlab仿真试验表明：采用状态估计融合滤波算法,有效提高了八旋翼飞行器姿态解算精度,可以获得最优姿态角度,满足八旋翼飞行器稳定的要求。     

倾转旋翼机模型及仿真

对倾转旋翼机动力学模型进行理论分析,运用叶素理论来建立旋翼的动力学模型和旋翼挥舞角的表达式;而机翼、机身、平尾和垂尾动力学模型的建立则采用成熟的升力线模型;对于旋翼对机体其他部分的气动干扰问题,只考虑旋翼对机翼的气动干扰;在Matlab/Simulink仿真环境中建立倾转旋翼机的仿真模型,并以XV-15倾转旋翼机为样例机,验证所建模型的合理性。     

四旋翼飞行器鲁棒自适应姿态控制器设计

为实现四旋翼飞行器姿态的稳定控制,针对该系统的非线性、易受外界干扰和参数摄动影响等问题,提 出一种鲁棒自适应控制方法。首先通过分析四旋翼飞行器的工作原理,建立了动力学模型;其次在线性化飞行器模 型的基础上,设计了基于最优二次型鲁棒伺服控制方法的姿态控制器;然后应用模型参考自适应控制方法设计了自 适应补偿器消除系统不确定性的影响;最后对加入了鲁棒自适应控制的飞行器进行仿真。仿真结果表明：该控制器 具有稳定精确的指令跟踪性能和强鲁棒性,能够在复杂环境下实现稳定良好的姿态控制。     

高超音速飞行器自适应滑模控制技术研究

本文针对通用的高超音速航空飞行器的纵向动力学，设计了一种多输入多输出(MIMO)自适应滑模控制器，并对其进行了分析。这种飞行器模型具有高度非线性、多变量、不稳定的特性，包括6个不确定参数。在110000英尺高度和15马赫的平衡巡航条件下的仿真研究，评价了飞行器对高度和空速的阶跃变化的响应。     

考虑自动机移动的两类机枪动力学模型研究

考虑自动机移动对系统动态特性的影响,是自动武器动力学仿真的难点。采用基于多柔体和非线性有限元方法,给出了两类机枪动力学模型,并对建模方法和模型精度进行分析,得出了对同一物理过程模拟的不同仿真精度的两类模型,非线性有限元更能反映实际发射过程。     

小型多旋翼飞行器悬停效率分析

多旋翼的不同配置方式直接影响着小型飞行器整机悬停效率。为了得到不同气动参数下多旋翼系统的悬停效率,通过搭建试验平台测量了多旋翼系统在不同的旋翼位置、桨叶数量、旋翼臂形状尺寸、共轴间距、非共轴旋翼重叠区域时的推力和功耗,分析了不同旋翼配置方式下整机悬停效率随桨盘载荷的变化规律。试验结果表明：旋翼桨叶数为2且在旋翼下置时多旋翼飞行器的悬停效率最高;旋翼臂尺寸比形状对悬停效率的影响更大;不同间距比的共轴旋翼在桨盘载荷较高时可以接近无干扰单旋翼的效率,且在间距比为30.4%时具有较高的悬停效率;通过合理配置非共轴重叠区域的竖直间距比和水平间距比可以有效降低能量损失,且在较小竖直间距比时将水平间距比保持在10％~15％的范围可以大幅度提高悬停效率。     

涡轮叶片材料非线性应力数值分析

针对涡轮转子叶片建立了离心拉伸的数值分析模型.基于ANSYS软件的静力分析功能,利用有限元分析方法研究了涡轮转子叶片高速旋转时离心力所引起的拉伸变形,模拟了转子叶片高速旋转时应力场的分布情况.同时对涡轮叶片力学模拟中的应力值偏大问题从材料非线性角度进行了分析和探讨,在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行了定性分析,验证了其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据.     

悬浮弹旋翼结构参数对其气动力的影响分析

针对现有文献在小型旋翼的气动力研究上的不足,建立一种旋翼升力与阻力的理论计算模型.基于旋翼叶素理论和矩形桨叶的拉力与阻力扭矩理论计算,采用CFD仿真的方法对其流场进行仿真,利用fluent软件建立旋翼流场的多参考系模型,通过理论计算和试验相结合的方法对其气动力CFD仿真结果进行对比分析,并计算不同结构参数的旋翼模型,得到了包括桨叶数目、桨叶翼型、旋翼半径、桨叶宽度和桨叶安装角的结构参数对其气动力的影响.仿真结果证明了该CFD方法用于小型旋翼流场仿真的可行性,为悬浮弹悬浮装置的设计中旋翼结构参数的选择提供了依据.     

某四旋翼飞行器机架的模态分析

为了避免某四旋翼飞行器在执行任务过程中产生共振,对真实机架结构进行了建模,用有限元软件Workbench进行模态分析.通过提取机架的7～12阶固有模态,发现旋翼机的激振频率可有效避开其固有频率.结果表明,该方法可有效避免共振,增加飞行器任务执行的作业量及有效率,为该飞行器的设计、改进及其研究提出参考意见.     

叶尖间隙对弹用跨声速及亚声速压气机动叶的影响

为了平衡弹用涡轮发动机的制造成本与气动性能,采用三维数值模拟方法,研究了叶尖间隙高度对跨声速及亚声速压气机动叶的影响。结果表明,叶尖间隙对跨声速与亚声速压气机动叶影响有显著差异,其中,对亚声速动叶的影响可以忽略,但对跨声速叶片影响很大。对于跨声速叶片,随着间隙增大,叶片增压比、最高效率逐步减小,熵增区域也发生了显著改变。因此,相比亚声速动叶,跨声速动叶叶尖间隙的公差范围需更为严格。     

基于多旋翼无人机视觉惯性里程计的设计与实现

针对GNSS 信号受到干扰或在拒止环境下,多旋翼无人机的导航定位问题,设计一种多旋翼无人机视觉 惯性里程计系统。介绍系统的总体设计方案、硬件选型与设计、软件系统搭建、通信协议规定以及算法设计思路。 实验验证结果表明：该系统可以实际运行在多旋翼无人机上,当GNSS 信号不可用时,仍可向飞控实时提供多旋翼 无人机当前可用位姿,为多旋翼无人机视觉辅助导航设计提供参考。