直升机飞行动力学实时仿真模型研究

进行直升机飞行仿真的关键是要有一个可信度高的直升机飞行动力学模型。飞行动力学模型的可信度取决于旋翼诱导速度模型。本文在推导直升机全机运动方程组的基础上,引入旋翼广义涡流理论表示旋翼的诱导速度分布,并推导出旋翼挥舞运动模型。把旋翼气动力模型结合到运动方程组中,给出了完整的飞行动力学仿真模型。并对某型无人直升机进行了仿真计算,计算结果与实际相符。     

多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究

为了研究多架直升机同时悬停时对舰船甲板流场特性的影响,采用Fluent软件对直升机多旋翼结构和舰船耦合流场进行数值模拟,分析了不同风向工况下的流场结构、螺旋度分布以及湍动能.结果表明:各旋翼周围的流场参数相互耦合、相互影响;侧风的加入使得流场结构更加紊乱,形成来流、多旋翼与上层建筑之间的混合流场;湍动能超限区域覆盖了整个甲板流场,这对于直升机的起降是非常不利的.     

无人纵列式直升机建模与仿真

当前无人机在各个领域正在发挥着越来越重要的作用。针对清华大学无人机研究的需要,首先分析了无人纵列式直升机的气动布局和操纵特性,建立了旋翼和直升机的数学模型,推导出控制量与飞机飞行状态的关系,实现了在PC机上实时仿真无人直升机的飞行状态及控制响应。仿真结果较好地反应了纵列式直升机的控制特性,在小扰动情况下的控制效果与直升机的实际飞行状态非常接近,实时仿真得到的控制响应和飞行状态数据为无人直升机的飞行控制系统的研究提供了依据。     

大载荷植保无人直升机近地飞行流场模拟

为了研究大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场的特征,建立了FR-200植保无人机三维实体模型,并对计算区域进行网格划分,采用SST k-ω湍流模型计算了大载荷植保无人直升机近地飞行流场.结果表明:大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场由于受到机身阻挡的作用,在机身正下方位置处速度分布较为紊乱;下洗流场的主要运动形式为垂直向下运动,旋翼正下方沿旋翼方向速度先增大后减小,在y/R=0.8附近速度到达最大;植株冠层处风场随着飞行高度的降低,风场宽度增加,获得较佳的飞行高度为H=4 m;大载荷植保无人直升机喷杆垂直方向安装在z=-1.50 m至z=-2.00 m之间,飞行方向安装在x=-0.50 m至x=0.50 m之间.     

直升机飞行模拟器中自动过渡仿真方法研究

直升机飞行模拟器根据任务需求需要仿真自动过渡过程。研究了自动过渡过程特定,并建立了高度自动过渡、速度自动过渡数学模型。针对模拟器特点,设计了模拟器中自动过渡的仿真结构图。利用直升机六自由度非线性模型对自动过渡过程进行了仿真,结果表明该方法能够实现直升机模拟器中自动过渡仿真功能任务需求。     

静止舰船与旋翼干扰流场的数值模拟

直升机着舰时舰船与舰载直升机的流场相互干扰耦合,会对舰载直升机和飞行员的安全产生重要影响。采用计算流体动力学方法,以SFS2简化舰船模型和海豚直升机旋翼模型为研究对象,对静止舰船和悬停旋翼的气动干扰流场开展了数值模拟。研究表明:在旋翼水平方向的着舰过程中,受舰船的地面效应和甲板后缘端面的陡壁干扰影响,流场变化剧烈:在旋翼进入甲板过程中,舰面效应影响逐渐增强,旋翼拉力系数呈增加趋势;在甲板中心位置,由于机库门的阻挡,陡壁干扰影响较大,迫使旋翼的回流靠近旋翼面,造成旋翼下洗流速增加,从而导致旋翼的拉力损失。在旋翼竖直方向着舰过程中,受到持续增强的舰面效应的影响,旋翼拉力系数随高度降低而持续增加。     

无人直升机自抗扰自适应轨迹跟踪混合控制

为满足无人直升机高精度轨迹跟踪的控制需求,并降低直升机动力学模型误差对飞行控制器飞行控制效果产生的影响,提出自抗扰自适应直升机混合控制.该控制器的内环控制采用模型跟随自适应控制,通过使用动量反向传播算法(MOBP)对该内环控制参数进行实时优化.通过使用自抗扰控制(ADRC)对直升机的水平速度进行控制.仿真结果表明,该混合控制器能够实现直升机对预定轨迹的跟踪.相对PID和级联ADRC控制,该控制器具有更好的抗扰性和鲁棒性.通过在200 kg级的专业植保无人直升机XV-2上搭载所提出的控制器,使其自主飞行轨迹跟踪控制的均方根误差在0.6 m以内.     

微型四旋翼直升机控制系统设计

微型四旋翼直升机是由4个电机作为动力装置,通过调节电机转速来实现飞行的无人机系统.首先,文章在滑流理论的基础上介绍了微型四旋翼直升机飞行原理;其次,提出微型四旋翼直升机的飞行控制系统整体架构;第三,讨论了内环姿态控制规律,并通过simulink对所建立的俯仰通道进行仿真,仿真结果表明,设计的控制规律有良好的实时跟踪控制...     

直升机速度-过载包线拓展飞行试验方法研究

分析了影响直升机速度-过载包线的因素,提出了直升机速度-过载包线拓展试飞方法,给出了稳定盘旋、对称拉杆及对称推杆的飞行方法;并针对各种方法进行了比较,给出并分析了某型机的速度-过载包线拓展飞行试验结果,明确了速度-过载包线拓展飞行安全注意事项,有助于后续直升机速度-过载包线飞行试验的顺利开展。     

基于特征结构配置的直升机飞行品质设计方法研究

直升机的固有特点使其飞行品质较差,而直升机的使用任务却要求它具有良好的飞行品质。本文采用特征结构配置方法设计直升机飞行控制律,并通过仿真手段进行检验,证实了样例直升机飞行品质提高。     

基于动态逆的直升机飞行品质设计研究

直升机的固有特点使其飞行品质较差,而直升机的使用任务却要求它具有良好的飞行品质。本文采用动态逆和极点配置相结合的方法设计直升机飞行控制律,并通过仿真手段进行检验,证实了样例直升机飞行品质提高以及所用飞行控制率的鲁棒性,从而表明本文控制律的有效性。     

基于直升机起降条件的舰船甲板气流场数值模拟

采用三维数值模拟方法对不同风向条件下的船舶外流场进行求解,结合直升机起降条件限制,分析甲板气流场参数变化与风向的关系以及对直升机起降的影响;研究不同停机坪上方气动参数分布及其与上层建筑相对位置的关系。结果表明,船首附近长期受气流绕流的影响不适合直升机起降;右舷来风时,气流绕流上层建筑形成的尾流对甲板大部分区域造成影响,不适合直升机起降;左舷来风时甲板上大部分区域均满足起降条件。     

风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究

为研究风向对舰船甲板上方流场的影响,运用数值模拟方法对舰船甲板上方空气流场进行求解,分析不同风向时舰船甲板流场的流线形态和涡量分布.对流场中的旋涡进行分类,并阐述各类旋涡的产生原因、发展过程与相互作用.研究结果表明:0°风向时,船首分离涡影响甲板前端流场,上层建筑尾涡只影响其正后方小范围甲板区域;+15°风向时,甲板上方流场主要受右侧边缘上洗气流涡与上层建筑尾涡的影响;-15°风向时,甲板上方流场主要受左侧边缘上洗气流涡的影响.     

直升机N?R包线拓展飞行试验方法研究

提出了直升机NR包线拓展试飞方法,包括有动力NR包线拓展及无动力NR包线拓展飞行试验方法,并着重针对无动力NR包线拓展提出了在目标速度直接进入自转及进入自转后增速至目标速度的两种飞行试验方法,进行了飞行结果分析及对比评估,对后续直升机NR包线拓展飞行试验具有指导意义。     

基于动力学模型的小型无人直升机自主飞行控制算法

引入小型无人直升机简化动力学模型,阐述了简单、高效的MTC(Model and Trajectorybased Controller)控制算法.基于该算法所实现的飞行控制算法包括两部分:基于转动动力学模型的直升机姿态控制和基于二次积分关系的位置控制.所设计的MTCV算法包含具有良好鲁棒性的位置控制及速度控制功能,并可用于直升机多航点路径的不减速连续飞行控制.仿真实验和实际飞行控制实验结果表明,本飞行控制算法具有有效性和实用性.     

障碍型弹药对飞行甲板的封锁效能分析方法

基于对航母飞行甲板进行封锁作战的思想,开展了具有杀爆功能的障碍型子弹药对飞行甲板目标的封锁效能分析. 对于封锁效能的分析归结于终点空间封锁概率. 首先根据飞行甲板的功能和舰载机起飞作战流程,将甲板划分为保障起飞功能的3个特征功能区域:起飞区、调动区和停机区,并分别建立了其起飞功能失效的封锁判据,并且在飞行甲板坐标系中给出了封锁各功能区子弹药的有效障碍点区域确定方法;其次运用蒙特卡洛法模拟子弹药的落点,并利用矩阵仿真等方法给出了各个区域封锁概率的计算式;然后给出了具有杀爆功能的障碍型子弹药对航母飞行甲板的空间封锁概率的计算式.     

直升机掠海飞行海浪滤波器研究

研究了直升机掠海飞行时海浪滤波器和高度组合系统设计问题，给出了运动坐标系下海浪谱，借鉴直升机海面悬停时精确高度的维纳滤波提取法，利用伯特一香农法设计了掠海飞行海浪滤波器，给出了高度组合系统，结合某型直升机做了仿真，验证了海浪滤波器和高度组合系统的有效性。     

森林环境下的无人直升机安全飞行控制

针对森林环境下受扰无人直升机的高度和姿态约束控制问题,提出了一种安全跟踪滑模飞行控制方法.为了使无人直升机躲避树木高度威胁并保持期望的飞行姿态,考虑无人直升机的高度和姿态约束,利用误差性能转换函数方法对约束进行处理.基于回馈递推方法和滑模控制方法设计了无人直升机的鲁棒跟踪控制方法,并采用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所有闭环系统信号的收敛性.仿真结果验证了所设计安全滑模飞行控制方法的有效性.     

基于反馈线性化的直升机滑模控制系统设计

首先介绍了多变量非线性系统基于反馈线性化的滑模控制方法 ,用它设计的控制律由反馈线性化控制和滑模控制两部分构成 ,然后用其为某型直升机的垂直飞行模态设计了控制律 ,并进行了系统仿真研究。仿真结果表明 ,所设计的控制律能保证直升机稳定跟踪给定输入。这说明基于反馈线性化的滑模控制方案较好地解决了该型直升机垂直飞行的控制问题。     

基于模糊积分的三自由度直升机模型的飞行姿态控制

针对三自由度直升机系统的不稳定性、非线性、强耦合等特点,设计了模糊积分控制算法,进行了直升机模型的飞行姿态控制研究.基于MATLAB的仿真平台,进行模糊积分控制的直升机系统仿真研究,分析了系统的鲁棒性和抗干扰性,并与传统的PID控制算法进行比较,仿真结果表明,模糊积分控制算法能够有效地控制三自由度直升机模型的飞行姿态,并且具有良好的动态品质,较好的鲁棒性和抗干扰能力.