高原高空长航时太阳能无人机的初步研究

针对青藏高原地区对太阳能长航时无人机的需求,给出了低速大展弦太阳能无人机设计方案。该方案综合考虑无人机的任务载荷、长时巡航、能量的可靠性等方面,完成了无人机总体布局优化设计。在青藏高原4000m海拔高度完成试飞测试,在任务载荷为2.5kg时,无人机的相对飞行高度为4500m,巡航速度为75Km/h,飞行时间10h,抗风等级6级。测试结果表明该款太阳能无人机己达到设计指标要求,可在青藏高原地区推广使用。     

城市低空空域可用空间识别与容量评估——以北京市为例

低空空域是国家重要的战略性资源,中国低空空域逐步放开加速了通用航空产业的发展,也激发了对低空空域容量评估的高度关注.首先对城市低空空域容量评估的关键问题进行了梳理,分别从可用空间识别、结构特征、无人机碰撞风险3个角度进行城市低空空域容量判定的约束分析;接着以无人机为主要对象,综合使用地理围栏技术与冲突检测与解决模型对北京市主城区低空空域容量进行了模拟.评估结果表明:①地理围栏技术具有城市低空空域容量评估的有效性,禁止飞出(keep-in)和禁止飞入(keep-out)两种地理围栏模拟结果在飞行高度h≤40 m时,空域可用空间比例随着飞行高度增加持续增加;h≥40 m时,空域可用空间比例随着飞行高度增长幅度明显减小.②北京市低空空域可用空间总量受到低空障碍物间隔标准与飞行高度的共同影响,随飞行高度增加而增加.城市低空空域可用空间沿城市交通干线分布,由中心向外围呈现圈层式分布,且主城区东南部和西北部的低空空域可用空间最大.③城市低空空域容量评估反映出空域更具有空间连续性表征,但需要借助地理要素的非均衡性充分反映.可见通过引入地理学的方法与技术,不仅增加了低空空域容量评估的精度与广度,也拓展了地理学研究空间从传统的陆域研究向空域延伸,对有效统筹地理条件与空域开发的资源价值、揭示空域形态特征,以及改善宏观的低空空域资源利用与管理具有重要意义.     

轻小型无人机飞行方案设计及其建模精度研究

轻小型无人机飞行高度和像控点布设间距是影响三维实景模型的关键因素,利用大疆精灵4RTK无人机,以工程测量中常用的几种飞行高度和像控点布设间距设计飞行方案,构建出三维实景模型,并对三维模型精度和无人机作业全过程效率进行对比分析,研究表明当飞行高度在60～100 m、像控点间距在500 m左右时,构建出的三维模型精度可靠且飞行方案更合理、经济,为轻小型无人机在工程测量中的应用提供了参考依据。     

风速对小型旋翼无人机螺旋桨的影响分析

为研究风速对小型旋翼无人机的气动特性的影响,在中国民航大学风洞试验室模拟不同来流下无人机的飞行状态,通过动力测试系统测量螺旋桨的拉力、扭矩、系统效率、桨力效等参数,并分析了风速对螺旋桨性能参数的影响。并进行了计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟,计算了T-MOTOR直径558 mm的碳纤维螺旋桨,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。通过试验与数值模拟分析风速影响下小型旋翼螺旋桨不同风速与不同转速的参数变化。结果表明,数值模拟与风洞试验具有一致性,其中扭矩误差在5%以内,拉力误差在13%以内,且风速对小型旋翼无人机动力系统参数具有极大的影响,对无人机飞行的安全性具有严重的威胁。通过研究可为小型旋翼无人机的优化与风速对适航安全提供参考。     

基于广义能量法的充气式快速部署无人机翼载荷设计分析

为完成充气式快速部署太阳能无人机总体设计,首先,考虑箭载发射或机载投放等快速部署方式对无人机尺寸和质量的限制,从飞行器翼载荷可行域的角度出发,基于广义能量法,建立了充气式太阳能飞行器能源动力模型、全天及夜晚能量平衡下的翼载荷边界模型;其次,研究了光伏电池转换效率及铺装率、储能电池能量密度及功率因子等参数对其翼载荷可行域的影响,分析了各参数间的耦合关系;最后,对比了常规、充气式太阳能飞行器翼载荷可行域。研究结果表明：充气式太阳能无人机翼载荷可行域受光伏电池转换效率、储能电池能量密度及功率因子的影响较大,光伏电池的铺装率对翼载荷可行域的影响较小;在不同翼型下,充气式太阳能无人机的翼载荷可行域明显大于常规太阳能无人机的翼载荷可行域,且充气式太阳能无人机最大飞行高度明显比常规太阳能无人机的大。     

前起落架刚度对无人机起飞滑跑性能的影响

为解决无人机在起飞滑跑阶段前起落架压缩量变化引起升阻特性变化的问题,综合考虑发动机转速、螺旋桨效率以及地面摩擦力等因素,建立无人机的地面滑跑模型。研究了前起落架刚度变化对无人机起飞滑跑性能的影响,并利用Simulink建立了全机仿真模型。结果表明：在起飞重量一定时,整机升力系数随前起落架压缩量变化量线性变化,随着前起落架刚度增大,无人机三轮滑跑距离、前轮离地迎角以及前轮离地速度均在一定程度上减小。仿真结果与理论分析相符,验证了模型的有效性。     

基于对飞行员工效影响的旋翼螺旋桨流动及噪声分析

倾转旋翼飞机的主要噪音来源于螺旋桨,而噪声对飞行员工效具有非常大的影响。本文在分析噪音对飞行员工效影响的基础上,使用计算流体力学(CFD)方法对优化设计的旋翼螺旋桨流场进行了计算分析。通过数值计算得到了旋翼螺旋桨的拉力特性、功率特性等气动性能参数。螺旋桨的拉力系数CT、功率系数CP都随着进速比J的增大而减小,螺旋桨的推进效率随着进速比的增大,先增大后减小,在设计点附近,螺旋桨推进效率达到0.87以上。采用Lowson方法对螺旋桨的辐射噪声进行了初步分析,随着螺旋桨转速的提高,各方位总声压级指向性一致,并有所提高。     

垂直起降无人机涵道螺旋桨系统特性及计算方法研究

涵道风扇垂直起降无人机不同设计阶段对升力系统特性的精度要求也不同.为寻求具有一定可信度的涵道螺旋桨特性不同计算方法,在螺旋桨动量理论的基础上,通过引入轴向功率系数,建立了考虑气流旋向运动的涵道螺旋桨动量理论模型.分析了拉力比例因子等参数对升力系统总体特性的影响.在研究翼型大迎角特性的基础上,建立了以诱导速度为求解参数的涵道螺旋桨修正动量—叶素理论模型.基于非重合滑移网格技术,通过求解旋转参考坐标系下的N-S方程,进行了涵道螺旋桨非定常数值模拟.计算结果表明,基于修正后的动量-叶素理论计算结果更接近真实情况.在总体设计阶段可以提供具有一定可信度的涵道螺旋桨基本特性.数值模拟结果和试验结果较吻合,可以为详细设计阶段提供计算依据.     

多飞行模式垂直起降无人机过渡飞行控制策略

垂直起降无人机飞行模式转换时的飞行控制策略对于保证无人机安全可靠地飞行至关重要.对尾座式垂直起降无人机过渡模式的飞行控制策略进行了深入研究,提出了最快模式转换定高控制策略,并利用模拟分析和实验的手段对比了该策略、经典比例-积分-微分(PID)控制策略和最快模式转换控制策略的飞行效果.最快模式转换定高策略优化了转换速度和高度变化两个飞行参数,同步了俯仰角达到巡航攻角的时间和飞行速度达到巡航速度的时间,保持了无人机在模式转换过程中竖直方向的受力平衡.模拟结果表明:最快模式转换定高控制策略比经典PID控制策略和最快模式转换控制策略的时间分别缩短了0.98和0.48 s,高度变化量分别减小了2.27和0.91 m;最快模式转换定高控制策略的飞行控制效果明显优于经典PID控制策略和最快模式转换控制策略.所提出的控制策略解决了尾座式垂直起降无人机飞行模式转换时的掉高问题,能够保证无人机在过渡模式下快速平稳地实现飞行模式转换.     

基于MS5540C的无人机高度传感器设计

飞行高度是无人机飞行控制中重要的控制参数.针对传统高度测量系统的缺陷,设计并实现了具有温度补偿功能的高度传感器.该高度传感器具有体积小、质量轻、数据稳定、响应速度快等优点,特别适合微小型无人机的使用.经过某小型无人机飞行试验,该传感器完全可以达到精确测量飞行高度的要求.     

螺旋桨飞机滑流对全机气动特性影响的试验研究

为准确分析螺旋桨飞机有动力状态下的飞行性能和操纵品质,需要得到螺旋桨动力系统,特别是滑流对全机气动特性的影响量。采用一种"小天平+主天平"的多天平测量技术,可以分别测量得到螺旋桨的直接力和全机的气动力数据,进而得到比较准确的纯滑流对全机气动特性的影响量。通过螺旋桨飞机的带动力测力风洞试验研究表明:滑流会引起全机的升力系数、阻力系数,以及俯仰力矩系数相比无动力状态有所增加,升力系数和阻力系数增量随迎角大致呈二次曲线规律递增,俯仰力矩系数增量变化趋势与飞机所在迎角关系较大。滑流对横航向气动特性影响是降低了全机横向力导数以及横、航向静稳定性,并可能引起零侧滑下的全机的不对称横、航向力矩产生。     

大型飞机在风切变环境中的轨迹控制研究

基于低空风切变对飞行安全的影响,提出了一种控制低空风切变中轨迹的方法--改变油门加控制俯仰姿态的方法,这种方法从动力控制和飞机运动参数约束两方面提高了风切变中飞机的飞行安全性。动力控制主要是改变飞机的飞行速度,提高飞机飞行时所需的升力,俯仰姿态控制主要是防止飞机阻力过大,从而造成飞机的高度损失,同时也为了保证合适的升阻比。通过仿真分析,说明该方法可以大大提高飞机的低空安全性。     

某型运输机螺旋桨有效拉力的应变法测量技术

为了得出某型运输机螺旋桨在飞行中的实际使用效率,根据螺旋桨和发动机的安装情况,经受力分析,决定尝试通过应变法测量螺旋桨的有效拉力来计算其使用效率。通过对地面加载试验及数据处理方法的研究探索,给出了计算螺旋桨拉力的载荷方程。并通过试飞对载荷方程进行验证,以探索应用应变法测量螺旋桨拉力方法的可行性。     

飞行中螺旋桨相位测量技术

在螺旋桨桨轴1P载荷飞行测量中,利用激光传感器完成了螺旋桨相位测量。结合相位信号和桨轴载荷受力分析计算,实现了飞机爬升状态下桨轴1P载荷的分离计算。飞行试验中获得的螺旋桨相位信号清晰稳定,表明测试方法是成功的,为桨轴载荷的分析计算提供了关键参数,较好的解决了螺旋桨1P载荷桨轴直接测量中的相位问题。     

推进式螺旋桨振动应力特性飞行试验与分析

根据某型飞机单发推进式螺旋桨结构与载荷特征,利用有限元分析确定桨叶振动应力危险部位,设计加装无线电遥测系统进行应变测试,并根据螺旋桨振动应力的影响因素确定飞行试验科目。测试系统装机后开展不同条件的飞行试验,获得了螺旋桨在典型工作状态下的静应力和动应力。分析表明静应力基本随高度、速度和滚转角的增大成增大趋势,但在高度5 000 m静应力随滚转角的变化趋势并不明显,动应力随速度增大明显增大,随高度和滚转角增大缓慢增大;通过Compell图和多状态频谱分析发现慢车状态1阶动频与转速2倍频接近,存在共振风险,并给出了改进建议。     

虚拟地形环境中高分辨率影像快速解压算法

虚拟地形环境具有广泛的应用,是高分辨率影像构成环境的可视化基础。影像精度提高所产生的庞大数据量使得读取和存储受限制,影响可视化系统的表现能力,因此数据压缩成为提高系统性能的有效手段。飞行器在低能见度条件下的山区高速低空飞行时,飞行员往往不知所处地形环境,存在潜在危险;与飞行员当前视点一致的虚拟地形环境能为其提供逼真的可视化场景,保持特殊条件下地形环境可见性。将影像数据经过提升小波变换到小波域,有效利用小波系数能量集中在低频子带以及子带间系数的相关性特点,将小波系数进行跨频带合理组织并矢量化,应用纹理压缩算法之一的矢量量化编码压缩小波系数,其压缩比大、非对称编码、解码速度快等特点适合飞行中对实时性的要求。     

无人机遥感多载荷任务规划方法

针对装载多个载荷的无人机遥感问题,研究一次飞行可对遥感区域进行多种类型勘测的任务规划方法.根据不同载荷对无人机飞行高度、飞行速度、航路精度等指标的特殊要求,对航路与任务载荷进行建模和规划.采用基于XML（eXtensible Markup Language）对遥感任务进行建模,制订通用性好的任务规划规范标准,提高无人机遥感飞行效率以及适应性;且通过KML（Keyhole Markup Language）对规划结果在Google Earth上实时显示,对规划结果进行基于地理信息系统的直观显示和有效评估.     

高原机场中断起飞决断速度计算与分析

针对现有的飞行理论对中断起飞决断速度计算研究不足并且计算方法单一的问题,利用Matlab/Simulink仿真平台构建了中断起飞距离计算模型,通过计算不同飞行条件下不同故障速度的中断起飞距离,得到大量的训练样本。建立三层神经网络模型,以飞行条件和中断起飞需用长度为输入量,故障速度为目标量,对神经网络模型进行训练,直到均方差达到要求。将神经网络运算结果、仿真平台运算结果、手册数据进行对比,证明了提出的利用神经网络计算起飞决断速度的方法是有效的。利用神经网络,对海拔高度、飞行质量、温度、风速、跑道可用长度变化对中断起飞决断速度的影响进行了分析,给出了相关曲线。本文使用的神经网络方法精度较高,计算也比较便捷,可以应用到其它机型在不同条件下的中断起飞决断速度计算中,具有一定的实用价值。