倾转翼无人机返航过渡段气动分析与优化

倾转翼无人机是兼有固定翼飞机和直升机优点的一种新型旋翼无人飞行器,但其过渡段的气动特性存在非线性、强耦合的特点。基于动量源方法建立了倾转翼无人机返航过渡段的数值模拟方法,经单独旋翼和Georgia-Tech模型算例验证动量源方法的准确性后,结合滑移网格技术模拟倾转翼无人机返航段并进行气动分析,通过调整旋翼转速、倾转角速度,使其定高倾转完成的时间从9.20s缩短为4.46s,在此基础上通过MATLAB不同函数拟合曲线编写入动量源,对比得到返航段走廊曲线。计算结果表明利用拟合曲线可以使其更平稳地定高倾转,使倾转翼无人机的返航过渡段受力曲线更加光滑,该方法得到的结果为控制倾转翼无人机返航过渡段的稳定性提供了理论依据。     

倾转旋翼-机翼气动干扰准定常多重参考系仿真和风洞试验

倾转过渡状态下气动力的急剧变化是导致倾转旋翼飞行器姿不稳定重要原因。采用风洞试验和数值仿真方法研究前飞状态和倾转过渡状态倾转旋翼对机翼的气动干扰。首先,分别计算了悬停状态标模和前飞状态8038旋翼的拉力,数值仿真结果与试验结果符合良好。然后,针对倾转旋翼-机翼气动干扰建立了计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值仿真模型和搭建了风洞试验平台。结果表明：前飞状态随着前进比的增大机翼气动力系数降低且趋于与单机翼气动特性一致。倾转过渡状态,当旋翼倾角小于75°,随着前进比的增大机翼升力系数由负值逐渐增大。倾转角对机翼气动特性的影响随前进比的增大而降低。分析了倾转旋翼-机翼在升力方向和前飞方向上的气动力,研究结果对进一步完善倾转旋翼飞机设计及试飞试验成功提供了参考。     

倾转旋翼飞机直升机模态短舱倾转飞行控制

为了研究倾转旋翼飞机短舱倾转过程中的飞行控制问题,提出了一种基于线性规划的动态逆方法,以实现直升机模态下短舱小角度倾转时的姿态和速度控制。建立了倾转旋翼飞机简化的纵向非线性模型,以短舱角、旋翼纵向周期变距和总距作为控制输入,使用基于线性规划控制分配的动态逆方法设计了控制器。仿真结果表明:飞机在执行姿态或速度指令时,在无输入饱和和输入速率饱和的情况下能以最快速度完成倾转。该方法能完成要求的控制任务,闭环系统稳定,稳态性能好,有一定的鲁棒性。     

面向方案设计的倾转旋翼飞机短距起飞性能

倾转旋翼飞机同时具备低速垂直起降和高速巡航飞行的能力,受到航空从业者高度重视,而短距起飞相比于垂直起飞可以提升有效载荷以及起降安全性,是倾转旋翼飞机特有的起飞方式之一。本文面向方案设计阶段,研究倾转旋翼飞机在短距起飞模式下,推导该类飞机地面滑跑距离与短舱动力倾转角、推重比等设计参数之间简洁有效的理论公式,并予以计算分析。结果表明：该方法合理可信,所得结论可为同类飞机设计提供参考,具有良好的工程应用价值。     

倾转旋翼机直升机状态前飞时系统稳定性判定的一种方法

本文建立了倾转旋翼飞机直升机模式的非线性气弹分析模型,采用数值分析方法——纽马克法和牛顿—拉斐逊迭代法相结合的方法计算出倾转旋翼飞机直升机状态前飞时系统对初始条件的响应,通过考察系统从初始时刻到任意时刻之间的响应过程,判断系统的稳定性。     

基于多旋翼无人机的空中移动载物平台

近年来,随着微机电系统技术及自动控制技术的成熟,多旋翼无人机发展迅速,在军用及民用领域展现出了巨大的应用潜力。该文提出了一种基于四旋翼无人机的空中移动载物系统,利用多旋翼无人机、计算机和多个模块的相互协作,实现了一机多用的目的,能够大幅度提高多旋翼无人机的利用率。     

多旋翼无人机飞行控制系统设计与实现研究

随着社会的进步和国民经济的发展,现代高新科技的发展得到了前所未有的推进,为各行业的进步和发展提供了良好的保障。近些年来出现的多旋翼无人机,是一种集合多项现代高新科技的成果,具有定点悬停功能,能够实现在现代军事、工业、农业等各个领域的应用。本文就四旋翼无人机为例,探讨了多旋翼无人机飞行控制系统的设计以及实现。     

航空技术的发展趋势和创新基地建设

面对21世纪的需要，下一代航空器将飞得更快、尺寸更大、更经济安全、消耗资源更少。载客1 000人的大型飞机、高超音速飞机、微型无人机、地效飞机、倾转旋翼飞机等将交付使用。为减少污染和对石油的依赖，将采用替代燃料。飞机的经济性、安全性、环保性能将有成倍甚至成十倍地提高。面对挑战，必须加强航空技术创新基地建设。     

组合导航系统在四旋翼无人机上的实现

随着现代化科学技术的不断发展,无人机在我国的发展中也逐渐地被应用起来。无论是在军事上,还是在农业上,无人机的应用都能够促进行业的发展。无人机在其应用过程中最重要的就是对其导航系统建设,这样才能通过对其导航系统的控制,保障其安全运行。因此在这种背景下需要加强对无人机系统设计中的导航系统应用。鉴于此,本文在实际研究过程中针对组合导航系统在四旋翼无人机上的实现进行了专门的分析,首先在文中进行了组合导航系统传感器误差分析,其次进行了组合导航系统中的矩阵计算,再次进行了组合导航系统在四旋翼无人机中的应用,最后就组合导航系统在四旋翼无人机上的仿真实现展开了分析。希望在本文的研究帮助下,能够为组合导航系统和四旋翼无人机的应用中提供参考。     

一种小型倾转四旋翼飞行器的轨迹控制

针对小型倾转四旋翼(quad tilt-rotor,QTR)无人机位置控制过程中存在的外部扰动、建模误差以及输入时延的问题,给出了QTR的动力学模型,并采用基于扰动观测器的控制方法,设计了QTR的位置控制器。内回路的姿态控制器采用鲁棒伺服线性二次型最优控制器。仿真实验部分,设计了相应的飞行场景对设定的轨迹进行跟踪。仿真实验表明,所设计的基于扰动观测器的位置控制器能有效地实现对期望轨迹的跟踪,使得QTR能兼顾传统旋翼飞行器的飞行功能,同时又能像固定翼一样进行长距离快速飞行。     

四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制半物理仿真系统

针对四旋翼无人机强耦合、欠驱动、非线性等特点,以及在实际飞行过程中极易受到干扰的问题,对四旋翼无人机动力学模型进行分析,提出了一种基于联合的四旋翼无人机姿态控制算法,并在此基础上设计了四旋翼无人机半物理仿真系统。首先,针对非线性系统设计滑模控制器,选择跟踪航迹和翻滚角设计位置控制率和姿态控制率。其次,滑模控制器在实际应用中易产生震荡,利用基于信用积分的小脑模型神经网络(CPCMAC)来学习滑模控制的方式。最后,搭建基于LabVIEW的控制站,同Matlab/Simulink进行数据收发控制。仿真结果表明,在跟踪目标相同时,提出的四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制相比于传统的比例积分微分(PID)控制和积分反步法控制优势明显,能够抑制超调和余差,在快速性和鲁棒性方面都更加优越。同时,构建的四旋翼无人机半物理仿真平台能清晰反馈出无人机参数的变化,应用预留的参数接口和地面控制站,降低了无人机飞控算法的开发难度,提高了开发效率,具有明显的实用价值。     

基于hp自适应伪谱法的四旋翼无人机编队轨迹优化

四旋翼无人机编队轨迹优化是实现高精度跟踪控制的基础。本文研究四旋翼无人机编队轨迹优化问题,首先建立非线性四旋翼无人机模型,并对模型进行简化与参数获取;再考虑四旋翼无人机编队之间的避撞约束、状态量约束及控制输入量约束;最后采用可自适应选点的hp自适应伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,hp自适应伪谱法可以对于求解6架四旋翼无人机编队的轨迹优化问题具有良好的效果,能够满足工程实际的约束要求。     

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.     

八旋翼消防预警无人机设计与实现

针对大面积森林山地和城市高楼消防救援困难、消防预警和救援不及时最终造成巨大损失的问题,提出了基于八旋翼无人机的快速消防预警方案。分别设计实现了八旋翼消防预警无人机机体和灭火投弹机构。经过验证,八旋翼消防预警无人机可以实现对山林火灾的实时监控预警和应急灭火,及时的控制火势。多功能的支援能力使得在海岸湖泊、森林山区的救援变得及时准确。     

无人机倾斜摄影建模技术对比研究

为了比较多旋翼和固定翼无人机在倾斜摄影建模技术中的优越性,文中以城区作为研究对象,在Smart3D的Context Capture软件平台进行建模,对比分析多旋翼和固定翼无人机在倾斜建模中的特点,得出固定翼无人机数据采集耗时短,倾斜模型色调一致,建模分辨率和平整度效果较好,主要适用于大面积倾斜摄影数据采集;多旋翼无人机航拍过程耗时长,倾斜模型色调饱和整体有差异,建模过程中修模工作较多,更适合于小面积高精度倾斜摄影数据采集。同时多旋翼无人机可用于对固定翼无人机漏飞区域进行补飞。     

恶劣环境下无人机双旋翼故障的智能监测系统设计

当前无人机双旋翼故障检测系统在恶劣环境下的抗干扰性能差,无法正常运行。设计一种小型、智能的适用于恶劣环境下的无人机双旋翼故障监测系统。首先规划了系统的总体结构,将便携式工控机作为系统运行的核心,用于对故障进行检测、提取故障数据进行存储和分析。然后利用数据采集模块对恶劣环境下无人机双旋翼相关数据进行采集,通过RS485总线完成主机和被监测无人机之间的数据传输。利用信号测试卡模块对数据采集模块接收的数据进行逻辑测试和故障诊断。最后采用无人机双旋翼故障检测算法对故障进行检测。实验表明,所设计系统具有较高的监测效率和精度,诊断效果良好。     

倾转旋翼机模态转换的鲁棒H_∞增益调度控制

研究了某小型倾转旋翼无人机模态转换阶段的飞行控制问题.基于鲁棒H∞控制,给出了一种模态转换飞行的增益调度方法,其设计条件具有线性矩阵不等式(LMI)的形式.针对模态转换飞行阶段存在的操纵冗余问题,给出了一套实用的舵效分配策略.通过对该飞行器转换模态纵向动力学系统进行仿真研究,结果表明,该方法可以确保飞行器能准确地按照预定轨迹完成模态转换飞行,并对模型中存在的气动参数摄动具有较好的鲁棒性,且能够有效地抑制阵风等外部扰动.     

四旋翼无人机自抗扰飞行控制器研究

为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰动估计。最终得到四旋翼无人机双闭环自抗扰飞行控制器,实现对其位置和姿态的闭环控制。仿真实验结果表明,所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和鲁棒性能,可以实现对四旋翼无人机的飞行控制。     

四旋翼无人机自主飞行控制的设计和应用

旋翼无人机目前广泛应用于各个领域,应用价值较高,不过自主飞行控制设计难度较大。该文对四旋翼无人机自主分型控制设计中的重难点进行了分析,并选择整体结构设计、力学模型建立和系留试验三个程序简要分析了飞行控制的设计与应用。     

无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用研究

为了验证旋翼无人机倾斜摄影测量的可行性及精度,该文以北京市高新区为例,采用旋翼无人机对其进行了倾斜摄影,利用ContextCapture进行了三维实景建模,并采用外业实测控制点、检查点及测量数据对模型的平面精度及测量精度进行了验证,最终对基于旋翼无人机倾斜摄影测量技术进行三维实景建模的可行性、精度及效率做出客观评价,为后期的行业应用提供了一定的技术参考。