微型扑翼飞行器气动机理风洞试验研究

为了对微型扑翼飞行器的气动机理进行研究,利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对微型扑翼飞行器气动特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器气动特性的基本规律,为进一步研究微型扑翼飞行器的气动机理打下了基础,同时也可以为微型扑翼飞行器总体设计提供参考。     

微型机械的前景与挑战

微型机械是一个全新的领域 ,从微型人造小昆虫、微型飞行器到微电子机械系统 ,无一不展现出奇特的功能 .微型机械的前景十分诱人 ,但也带来了新的问题 ,带来了新的挑战     

旋翼式微型飞行器升力系统设计

在综合分析多种微型飞行器升力系统方案的基础上,提出了3种旋翼式微型飞行器的升力系统布局方案.通过对其中的双电动机双旋翼微型飞行器升力系统布局方案进行的实验验证,证明了该升力系统布局方案的可行性.     

国际上微型飞行器研究的进展及其关键技术

微型飞行器（MAV）是MEMS传感器和驱动器技术发展的必然产物,同时也是当今先进国家竞相研究的科技前沿课题。该文综述了世界各国对微型飞行器在固定翼、旋翼、扑翼以及微型动力系统方面的研究进展,指出了MAV研究的几项关键技术,并结合我国实际,提出了我国研究MAV的建议。     

新概念扑旋翼微型飞行器驱动机构设计研究

扑旋翼微型飞行器是一个多学科交叉的研究领域,驱动机构的设计是该微型飞行器的关键设计环节之一。在扑旋翼微型飞行器的飞行原理介绍基础上,通过对几种可能的驱动方式的对比分析,为扑旋翼微型飞行器选择了一种可行的驱动方案。通过Adams软件对扑旋翼微型飞行器的驱动机构进行了运动仿真分析,验证了该种传动机构的合理可行性。     

微型飞行器动力学模型的系统辨识

利用系统辨识方法建立了某型微型飞行器纵向及横向的动力学模型。首先给出了微型飞行器纵向及横向的传递函数模型结构,然后设计了辨识实验。通过设计数据采集装置采集试飞数据,基于该数据利用最小二乘系统辨识方法建立了微型飞行器纵向及横向的传递函数模型。最后通过交叉验证表明,该模型能够较好地反映微型飞行器纵向及横向的动力学特性。     

基于视频图像的微型飞行器飞行高度提取方法

微型飞行器飞行高度是其自主飞行的重要参数之一。为了准确快速地获取微型飞行器的飞行高度参数,提出了一种利用视频图像获取微型飞行器飞行高度的鲁棒性算法。算法利用图像处理、图像分析的方法,结合光学理论和几何学理论推导出了飞行高度的计算公式。这种基于视频图像提取微型飞行器飞行高度的方法具有很好的实时性和对恶劣环境的适应能力。在主频为750Hz的地面站上,其工作频率可以达到12Hz。飞行实验表明,这种基于视频图像的飞行高度提取算法最大误差不超过10m,这一精度满足飞行器平稳飞行的需要。     

基于视觉/GPS/MEMS-SINS的微型飞行器姿态确定系统

分析了微型飞行器姿态确定系统的现状,提出利用视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统确定微型飞行器姿态的方案.微型飞行器获取图像中天空和大地的特征不同,其间隐含了载体的姿态信息,在GPS和MEMS-SINS组合的基础上,将所隐含的载体姿态信息作为新增的观测量.建立了组合系统的卡尔曼滤波器模型,并进行了静态和动态仿真.结果表明,视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统是微型飞行器自主姿态确定的有效方案,增加视觉姿态后,滤波器中惯性导航系统平台误差角的可观测性得到了增强,姿态估计精度也得到了提高.     

基于MEMS压力传感器的微小型空速计

针对微型飞行器体积小、质量轻、能量和带载荷能力有限的特点,设计了微型空速计,包括微小型皮托管和基于微机电系统(MEMS)微差压传感器的低速测量电路,通过机载计算机测量电压信号并计算空速值。该空速计量程为3~26m/s,质量为4.3g,精度±1m/s,已经通过国家气象局计量站进行的测试。目前已成功应用在翼展小于400mm微型飞行器的空速测量上。     

提高微型高度计分辨率的一种设计方法

介绍一种适用于微型飞行器的新型微型高度计的设计技术。利用标准气压高度公式推导得到了简化的气压高度微分式。系统包括微型气压计、微处理器、差压放大器、模数转换器和数模转换器。微处理器负责气压信号的采样、基准电压的调整和温度补偿,并最终计算输出高度值。设计的微型高度计样机质量小、功耗低,经测定,在标准大气压环境中其相对高度测量的分辨率为0.1m,精度为0.6m。现已应用于微型飞行器的自主飞行控制系统。     

Attitude Determination for MAVs Using a Kalman Filter

This paper presents a Kalman filter to effectively and economically determine the Euler angles for micro aerial vehicles （MAVs）, whose size and payload are severely limited. The filter uses data from a series of micro-electro mechanical system sensors to determine the selected 3 variables of the direction cosine matrix and the bias of the rate gyro sensors as state elements in a dynamic model, with the gravitational acceleration to build a measurement model. For high speed maneuvers, rigid motion equations are used to correct the measurements of the gravitational acceleration. The filter is designed to automatically tune its gain based on the dynamic system state. Simulations indicate that the Euler angles can be determined with standard deviations less than 3°. The algorithm was successfully implemented in a miniature attitude measurement system suitable for MAVs. Aerobatic flights show that the attitude determination algorithm works effectively. The attitude determination algorithm is effective and economical, and can also be applied to bionic robofishs and land vehicles, whose size and payload are also greatly limited.     

柔性翼微型飞行器的稳定特性

为提高微型飞行器(M AV)的抗风扰动飞行稳定性,需要遵循仿生学原理,效仿自然界中的鸟类和昆虫,探讨抗风飞行的新方法。提出了柔性仿生机翼的概念,阐述了其设计思想与工作原理,并导出了大气扰动下柔性机翼气动力的解析表达。为验证柔性仿生机翼的实际性能,设计和制作了柔性仿生机翼M AV原理样机,并在风中进行了飞行试验。试验结果表明:采用柔性机翼能够显著改善有风条件下M AV的飞行品质,突风过载可降低40%左右,大大减弱了大气扰动对飞行的影响,有效提高了M AV的飞行稳定性。     

仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究

针对仿昆扑翼微飞行器对高效传动铰链的要求,从几何约束、应力条件、临界屈曲条件等方面,结合电磁驱动仿昆扑翼微飞行器对异质复合型柔性铰链进行了研究,给出了铰链的设计方法;研究了预应力对整个传动机构并联刚度以及铰链连接方式对整个传动机构串联刚度的影响;得到了传动机构中各铰链的宽度、厚度、长度、旋转刚度等设计参数.结果表明,整个传动机构的串联刚度是其并联刚度的135倍,满足了高效传递能量的要求;翅膀扑打角峰峰值达到了99.6°,较好符合了仿昆扑翼微飞行器的设计要求.     

基于滑模PID的微型旋翼飞行器轨迹跟踪控制

针对微型旋翼飞行器的轨迹跟踪精度不高的问题, 提出一种基于自适应调节PID（Proportion Integration Differentiation）增益的滑模控制器。基于李亚普诺夫稳定性理论, 通过自适应律在线调节PID控制增益参数, 设计饱和函数抑制滑模控制器的高频抖振, 以实现轨迹跟踪误差系统对模型参数变化和外部扰动的鲁棒性。仿真结果表明, 该控制器能驱动旋翼飞行器精确跟踪期望的轨迹, 具有较高的控制精度, 能满足实际工程应用的要求。     

基于城市模型的微型飞行器三维路径规划

针对城市的三维环境,提出了微型飞行器(M AV)的路径和航迹优化设计算法。该算法把M AV的能量损耗(路径长度和路径高度变化)和风险度(威胁点对微型飞行器的威胁程度)作为路径的优化指标,用D e launay图生成路径网络的“节点”,采用D ijsk tra算法进行寻优,设计出符合指标要求的三维最优路径。将设计得到的折线路径进行圆滑处理,以得到飞行器的航迹。最后给出了仿真实例,生成的航迹成功避开建筑物和威胁点,并符合M AV的运动学要求。     

基于直线模型的微型飞行器姿态角计算

利用地平线进行微型飞行器(MAV)稳定飞行控制中的姿态估计.根据地平线的直线模型,将地平线视作一条直线,依据线性摄像机成像投影关系,建立地平线在世界坐标系和图像坐标系中的位置对应关系.通过推导得出图像坐标系中地平线的直线方程参数与摄像机姿态角的对应关系,实现通过地平线的直线方程参数计算MAV的姿态角.实验验证了该方法的正确性.在对俯仰角的求取问题上,与使用占天面积比的方法进行了比较,通过仿真实验论证了该方法的优势.     

L波段超宽带微型无人机测控链路性能分析

建立了基于载波的微型无人机超宽带通信链路模型;给出了符合数据传播特性的高斯脉冲波形:在分析测控信道特征及微型无人机模型电磁场远场分布的基础上,给出了超宽带无人机航空信道模型,以及时延Rake接收系统误码率特性.实测数据的仿真结果表明该系统适合低速率微型无人机数据传输.     

微型飞机机翼平面布局的风洞试验研究

介绍了常用的15种微型飞机机翼平面布局在西北工业大学低湍流度风洞进行风洞试验研究的情况。研究目的是探索微型飞机的风洞试验技术和获得各种微型飞机布局的低雷诺数气动特性。着重研究了风速、迎角对微型飞机各布局气动特性的影响。研究结果表明：风洞试验是研究与微型飞机有关的低雷诺数气动特性问题的有效而又切实可行的途经;八面形布局具有较高的升阻比和升力系数,是微型飞机理想的设计选择。试验结果可供微型飞机设计参考。