大推力高精度智能变距拉杆技术研究

传统的直升机旋翼锥体不平衡调整方法是按照特定程序定期在地面人工测试并微调桨叶拉杆长度来实现的,这种方法对人员和设备的要求都较为严苛,且人工和资金成本较高。智能变距拉杆可取代传统机械式的变距拉杆,并配合直升机旋翼实时调整系统实现对直升机椎体的自动在线调整,有效降低了维护成本,提高了维护效率。智能变距拉杆是直升机旋翼实时调整系统的执行机构,是一种机电一体化的直线智能作动器,其特点是载荷体积比大、重量轻、精度高。风洞试验结果表明,通过旋翼智能变距拉杆调整旋翼平衡能有效降低旋翼振动水平,最高降幅50%。     

全尺寸旋翼变距拉杆设计及验证技术

为降低直升机旋翼不平衡引起的振动,近几年出现了一种直升机旋翼实时调整（In-Flight Tuning,IFT）系统,通过主动式动态调整变距拉杆长度恢复旋翼系统动平衡状态,以达到减振目的。智能变距拉杆（Smart Pitch Rod,SPR）是IFT系统的执行机构和重要的组成部件,其特点是精度高,载荷大。针对国内首次研究和试制的智能变距拉杆,提出了一种可行的设计方案,经加载台测试验证结果表明其最大推力达到了25000N,控制精度达到了0.01mm以上。在某10吨级直升机旋翼塔上进行的旋翼平衡实时调整试验结果显示,1/rev旋翼振动减少了80%以上。     

直升机交互式桨叶振动调整仿真研究

为解决目前机务维修培训中存在的物理样机难以满足需求的问题,以实际机务维修工作中旋翼振动调整方法为参考,提出在虚拟维修训练系统的基础上实现受训人员对虚拟样机旋翼桨叶进行振动调整仿真操作,以期达到训练目的;根据非沉浸式虚拟维修训练系统的特点设计交互仿真操作逻辑,确定仿真操作步骤,分析座舱振动可视化表示方法,专用虚拟样机的构建方法以及虚拟仪器的实现方式和数据组织结构形式,并将该仿真实验以模块化形式添加到虚拟维修训练系统中,满足拆装条件下对虚拟样机的交互操作需求;最后以欧直松鼠直升机虚拟样机旋翼振动调整方法为例验证该操作仿真逻辑的可用性。     

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.     

基于不同调整目标的旋翼动平衡调整研究

采用广义回归神经网络(GRNN)建立旋翼调整空间和直升机响应空间的映射关系,利用仿真程序生成的数据对GRNN网络进行训练和测试.然后结合粒子群-遗传(PSO-GA)算法对旋翼调整参数寻优.并对寻三种优化目标(基于桨尖轨迹、基于机体1/rev振动、基于桨尖轨迹和机体1/rev振动)的效果进行了比较,结果表明:调整算法可有效降低旋翼动不平衡的影响;基于桨尖轨迹的调整方法得到的机体1/rev振动不一定最小;基于机体1/rev振动、基于桨尖轨迹和机体1/rev振动这两种调整方法可有效降低机体1/rev振动,且对机体的锥体平衡有一定的改善.     

旋翼复合材料桨叶参数化及有限元建模

直升机旋翼桨叶结构建模通常只考虑内部结构的几何特征,在进行优化设计时,没有考虑设计参数对初始静强度设计的影响,为优化设计,提出采用有限元离散方法,面向多数直升机采用的C型梁结构,将桨叶内部结构分为带设计控制点的三大类构型模块,建立了在设计过程中能够保证桨叶大梁设计强度不变的参数化模型,并有针对性的提出背景网格与层结构网格结合的快速有限元离散方法,生成高效的旋翼复合材料桨叶剖面参数化有限元模型.通过对“海豚”直升机桨叶剖面建模,验证参数化建模方法的可靠性和有效性.     

基于PCNN的桨叶图像提取及锥度测量

针对目前对直升机桨叶共锥度测量难度大、精度低、无法对桨叶逐点测量的缺点,提出了一种应用视觉系统测量旋翼共锥度的新方法,给出了系统的总体安装方案并对系统的成像误差精度进行了分析,由于旋翼桨叶处于高速旋转状态需要实时处理的特点,提出了一种基于脉冲藕合神经网络(PCNN)的分割方法,在设计好的旋翼桨叶模型上进行了相关实验,通过与其它分割算法的对比,验证了算法的具有很高的识别率;实验结果表明:基于PCNN的分割方法具有较高的精度,适用于实时的旋翼锥度测量系统.     

基于模糊自整定PID 四旋翼无人机悬停控制

四旋翼无人直升机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其可以应用到航拍、考古、边境巡逻、反恐侦查等多个领域,具有广阔的前景。根据欧拉定理以及牛顿定律建立四旋翼无人直升机的动力学模型,并且考虑了空气阻力、转动力矩对于桨叶的影响,而后基于经典PID 算法设计了双环控制系统,之后在此基础上结合模糊控制技术设计了模糊自整定PID 控制器。通过Matlab /Simulink 对两种控制算法设计的控制器进行仿真比较,从仿真结果可以看出两种控制算法均可使四旋翼无人直升机到达指定位置并且保持悬停状态,但模糊自整定PID 算法设计的控制系统在响应时间以及稳定性方面优于经典PID 下的控制系统的控制效果。     

基于双目视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量

为实现直升机旋翼桨叶挥舞角的测量,提出了一种基于双目视觉的测量方法.首先,在直升机旋翼桨叶上均匀布置编码标记点,用已标定的双目摄像机对旋翼桨叶每隔一定角度采集标记点图像;其次,对左右摄像机图像上的标记点进行解码和匹配,得到标记点的左右图像视差,进而计算标记点三维坐标;再次,利用标记点在各个角度下的三维坐标,计算旋翼中心和转轴方向,建立旋翼坐标系;最后,在旋翼坐标系下,根据标记点静止与高速旋转时在同一角度下的三维坐标,计算挥舞角大小.利用风扇叶片进行仿真试验,结果验证了该方法具有自动化程度高和测量精度高的特点,可满足直升机旋翼桨叶挥舞角测量的要求.     

旋转环境下弱小信号无线遥测系统研制

为了提高直升机风洞试验中桨叶载荷、变距拉杆载荷等旋转弱小信号的测量精度,研制了一套40通道的无线遥测系统.该系统成功解决了高精度测量技术,高精度同步触发技术、高速无线数据通信、大容量数据压缩等关键技术难题,构建了高精度、模块化、小型化、实时无线传输的遥测系统.通过性能测试及试验运行,证明该系统能够提高旋转信号的测量精度及传输的实时性,满足直升机风洞试验等旋转环境下弱小信号的测量.     

直升机飞行动力学建模及可视化研究

研究了直升机飞行动力学建模及可视化仿真的相关技术。建模时综合考虑了直升机的主要气动力部件的建模以及气动干扰等问题。主旋翼是直升机建模的关键,详细讨论了与其相关的翼型气动力模型、诱导速度模型和挥舞运动模型的建模方法。同时利用虚拟现实技术构建了直升机三维实体模型。基于Simulink和虚拟现实工具箱,给出了将飞行动力学数值模型同虚拟场景结合起来的方法,实现了计算、仿真、显示一体化。最后采用算例直升机数据,进行了定直飞行的配平计算和操纵响应分析,结果证明了模型的合理性和有效性。     

基于微分平坦与MPC的智能车换道控制算法

为了提高智能车换道的安全性,提出了一种基于微分平坦理论与模型预测控制(MPC)算法相结合的智能车换道轨迹规划与跟踪算法。该算法利用约束求解得到基于sigmoid函数的优化路径;将其与多项式参数化时间函数作为平坦输出,利用微分平坦理论构造一个非线性性能指标函数并对其进行优化求解完成车速规划;从而实现对智能车辆路径-速度分解式的轨迹规划。利用动力学模型预测控制算法线上控制的优点,对智能车的车轮转向进行实时控制,使得车辆按照规划好的轨迹行驶完成换道。通过CarSim与MATLAB/Simulink的联合仿真,将提出的轨迹规划算法应用于车辆系统仿真软件中进行验证,结果表明该算法能够实现对智能车进行轨迹规划和跟踪控制,使其安全高效地换至目标车道。     

直升机旋翼动平衡测量方法研究

为实现直升机旋翼在高速旋转过程中动平衡值的测量，提出了一种基于阶次跟踪的测量方法。该方法首先利用阶次跟踪原理对旋翼转速信号进行等角度重采样，确定重采样的时刻值；然后利用等角度重采样时刻值，对经三次多项式最小二乘法曲线拟合后的振动信号进行二次重采样，得到旋翼振动阶次重采样信号；最后利用离散傅里叶变换方法对其进行阶次谱分析，得到旋翼的动平衡值。该方法有效克服了传统频谱分析方法在分析非平稳信号中存在的频率混叠及能量泄露等问题；同时，该测量方法通过软件实现具有较好的可移植性，能与其他直升机减振分析模块一起使用。通过在仿真试验台及试验机上进行验证试验，结果表明，该方法能有效测量直升机旋翼的动平衡值。     

影响涡轮叶尖间隙的转子振动抑制方法

为了提高现代航空发动机的性能,涡轮叶尖间隙的主动控制已成为国内外的一个研究热点.在对影响涡轮叶尖间隙变化因素的初步分析基础上,针对飞行器稳态飞行条件下涡轮转子系统的不平衡力产生的振动对叶尖间隙的影响,提出了一种新的抑制涡轮转子振动的方法——电磁平衡头在线动平衡方法,并通过建模仿真分析,论证了这种方法的有效性.     

A direct adaptive neural command controller design for an unstable helicopter

This paper presents an off-line (finite time interval) and on-line learning direct adaptive neural controller for an unstable helicopter. The neural controller is designed to track pitch rate command signal generated using the reference model. A helicopter having a soft inplane four-bladed hingeless main rotor and a four-bladed tail rotor with conventional mechanical controls is used for the simulation studies. For the simulation study, a linearized helicopter model at different straight and level flight conditions is considered. A neural network with a linear filter architecture trained using backpropagation through time is used to approximate the control law. The controller network parameters are adapted using updated rules Lyapunov synthesis. The off-line trained (for finite time interval) network provides the necessary stability and tracking performance. The on-line learning is used to adapt the network under varying flight conditions. The on-line learning ability is demonstrated through parameter uncertainties. The performance of the proposed direct adaptive neural controller (DANC) is compared with feedback error learning neural controller (FENC).     

柔性多体系统动力学在直升机旋翼桨叶上的应用

提出了一种全新的计算旋翼桨叶动力响应的方法。以柔性多体系统动力学为基础，结合有限单元法和拉格朗日方程，推导出绕动轴转动的多柔体动力学质量矩阵，建立了直升机旋翼桨叶的动力学控制方程及其系数矩阵的解析表达式，采用Rung-Kutta法进行数值积分．分析了挥舞运动在强耦合状态下的运动规律。仿真结果表明采用此方法建立旋翼桨叶的动力学控制方程。可以更真实的反映桨叶的实际运动状态。     

基于CUDA的直升机旋翼桨叶挥舞角快速测量方法

针对基于立体视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量CPU串行算法耗时多、效率不高的问题,利用图像处理单元(GPU)并行计算的优势,提出一种基于CUDA统一计算设备构架的并行处理快速算法.首先,对算法中最耗时的图像去噪、阈值分割、连通域标记三部分进行并行化设计;然后,采用多层次并行策略将大量密集运算分配到不同的图像处理单元上并行执行,利用共享内存和共享寄存器加速数据访问;最后,进行多次测量实验,结果表明该方法执行效率明显高于CPU串行方法,可满足旋翼桨叶挥舞角快速测量的要求.     

直升机仿真模拟训练集成系统实现

针对直升机仿真与地面模拟训练的需求,根据系统集成的开发理念,开发出一个集VC++、Matalb/Simulink和Vega三维可视化功能于一体的直升机仿真模拟训练系统;该集成仿真平台通过VC++编程,将软件界面与Simulink模型有机结合在一起,利用Matlab引擎对Simulink模型进行控制,并将仿真结果送到Vega场景中实时显示;实际运行结果表明,该系统仿真效果与实际效果基本一致,达到了设计要求,具有较好的实用性。