跟踪运动目标背景下无人机航路的规划

现代战场中,无人机携带光电设备对运动目标进行跟踪是无人机的重要应用之一。以无人机独立执行跟踪运动目标为背景,在对其所用光电跟踪设备(CCD摄相机)进行分析的基础上,根据跟踪航路的要求,规划出了光栅式跟踪运动目标方案。对所规划方案的技术指标进行了研究,并总结出了光栅式跟踪方案的特点。最后,通过仿真对这此方案进行了验证。仿真结果表明方案可行,这对无人机执行跟踪运动目标的任务在理论上提供了一种可行方案。     

轻量化低功耗机载天线的研究与设计

机载卫星通信天线是无人机测控链路的重要组成部分，需要满足重量轻、功耗低的要求，而太阳能无人机则对重量和功耗有着更为苛刻的要求。本文提出的系统方案，将机载天线的组成按舱内设备和舱外设备进行划分，并进行合理的分离与集成。方案采用全复合材料结构、结构对称设计和优化驱动链设计等方法，实现了机载天线重量和功耗进一步降低。仿真和试验表明，该机载天线能够满足太阳能无人机平台轻量化和低功耗的要求。     

四旋翼无人机偏航飞行过程量化稳定性分析

有效配置四旋翼无人机的运动参数和机械结构参数,可提高飞机飞行过程中的运动稳定性,节约能耗。针对当前运动稳定性分析方法主要以定性分析为主,难以给出系统结构稳定及运动稳定方面的量化分析指标的问题,该文以四旋翼无人机为对象,在偏航飞行阶段,采用Lyapunov指数法建立四旋翼无人机控制输入、机械结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,并给出了参数变化与系统能量消耗的关系,为解决四旋翼无人机偏航过程中存在的失稳、续航能力差等问题提供了理论依据。与其他方法相比,该方法可构建性强,计算简单,可广泛用于其他机器人非线性系统的运动稳定性分析。     

旋转弹两级分离动力学模型建立与仿真

为了研究不同连接方式对导弹两级分离的影响,针对采用套筒连接和螺栓对接两种分离连接方案的旋转弹,对两种连接形式分别进行了分离过程的运动特性分析;针对两种连接方式不同的运动特点,分析了其分离过程的运动学和动力学特性,并在此基础上建立了相应的弹体动力学模型.根据两种连接形式的算例,对分离过程进行了数字仿真分析.仿真结果显示两种模型下导弹分离成功,证明弹体动力学模型合理.     

无人机编队协同追踪控制律和编队信息架构

针对"长机-僚机"模式的无人机编队追踪运动目标出现姿态信息和位置信息不一致而导致碰撞的问题,设计了一种协同追踪控制器并对该控制器进行稳定性分析。该控制器以3架无人机构成的编队作为控制体,采用拉氏矢量场方法获取无人机编队追踪运动目标的轨迹,同时构建无人机之间的信息架构,实现无人机编队按照预期的姿态和位置信息在运动目标周围的圆形轨道飞行的目的。研究单架无人机的航迹规划和多无人机编队协同追踪:对于单架无人机的航迹规划,采用反馈控制完成航向收敛证明;对于多无人机编队,采用一种多变量控制器可以保持无人机编队在圆形轨道运动,同时使用未知风和运动目标的自适应估计量来确定无人机编队在圆形轨道飞行的稳定性。仿真结果表明:在追踪过程中,3架无人机能够快速(15 s)以相同的姿态和位置渐进靠近目标,同时保持相对稳定;在满足航向速率和空速条件时,任意两架无人机相对距离误差能够快速(10 s)收敛到稳定值。该控制器突破了多无人机编队近距协同追踪目标的局限,可为多无人机分布式控制器设计提供方法借鉴。     

无人机滑跑起飞过程及其数学模型研究

无人机地面滑跑起飞时的运动特性与空中飞行时的有所不同。以某型无人机为背景,描述了无人机地面滑跑起飞的全过程,分析了无人机在滑跑起飞各个阶段的受力情况,并逐一建立了各个阶段的运动方程（数学模型）,在飞机地面运动模型中采用了弹性的轮胎和起落架模型。仿真结果表明,建立的模型比较准确地反映该无人机地面滑跑起飞的运动特性。     

基于运动捕捉系统的小型有动力无人机气动特性分析

通过运动捕捉系统获取飞行参数,最终通过公式推导的方式获得有动力小型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的空气动力学参数.首先,使用精确的电子秤测量无人机在不同推力功率下的推力值,得到无人机的推力曲线.其次,无人机在Vicon运动捕捉系统环境下进行飞行试验,得到飞行过程中无人机的位置及姿态信息...     

一种新型弹体结构的导弹分离动力学建模与仿真

根据一种新型弹体结构,研究了导弹的分离动力学问题.为了保证分离过程的安全,避免弹头与舱段、整流罩发生碰撞,必须对分离过程中弹头、舱段以及整流罩的运动特性进行分析.推导了整流罩锁死前和舱段组成多体系统的动力学方程并设计了整流罩锁死后舱段和弹头的碰撞判断条件.通过计算机仿真,验证了所建模型的有效性,得出了分离过程中整流罩和舱段每一时刻的运动参数以及铰链所受的作用力,并对计算结果进行了分析,最后验证采用垂直分离这种方案可以安全进行分离.     

高空长航时无人机燃油系统设计与仿真

针对某型高空长航时无人机的燃油系统进行设计,对其各部分的组成、原理及作用进行系统的分析。根据方案要求在满足重心要求的情况下,对本机的燃油可用空间做出了详细的布置。计算在燃油消耗下的飞机重心变化,提出了分散调油的输油方案,解决了在给定重心活动范围的情况下供油顺序设计问题,并对飞机机翼油箱输油过程进行仿真研究。利用流体仿真软件FLOWMASTER对燃油系统进行建模与分析。对高空长航时无人机动力及燃油系统的应用具有很高的应用价值,也为此类型无人机燃油系统的设计和优化提供了理论方法。     

无人机光电侦察平台的动目标测速方法研究

为了满足无人机对地面运动目标的侦察需求,在无人机光电侦察平台对地面运动目标实时跟踪的基础上,提出了一种对地面运动目标的光学测速方法.该方法根据光电侦察平台提供的俯仰角、方位角和无人机距离目标的距离,并结合了无人机的三维姿态信息,建立了无人机光电侦查平台对地面运动目标的速度测量模型.并分析了测速模型的误差来源,推导了误差计算公式.该测量方法无需定位目标,能够有效测量运动目标的速度,实用性较强.     

水平圆柱出水数值模拟

针对水平圆柱出水问题,以Fluent软件为计算工具,建立了数值水池.应用VOF结合RANS的方法对零浮力水平圆柱出水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱出水过程中自由表面的变化以及出水过程的黏性流动分离;模拟显示了圆柱竖直运动过程.结果表明：圆柱出水的数值模拟结果和经典实验照片符合较好;圆柱运动轨迹同样和实验结果符合,验证了方法的有效性和精确性.     

基于察／打一体无人机平台的导弹发射模拟

为研究机载导弹发射过程中载机、导弹之间存在的气动干扰特性和导弹运动规律,采用计算流体力学方法对导弹发射过程进行了数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,将运动嵌套网格技术应用于机载导弹发射问题中,通过求解三维非定常Euler方程得到流场信息。应用此方法成功模拟了基于察／打一体无人机平台的导弹发射过程,获得了详细的导弹运动速度、运动轨迹和受力情况等丰富的流场信息。算例表明：运动嵌套网格技术处理具有复杂外形、较大相对位移运动问题的能力,发动机推力的影响,载机、导弹之间的气动干扰影响较小。采用计算流体力学方法和运动嵌套网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据。     

Study on conditions of internally carried air-launched launch vehicles based on the virtual prototype technology

A method based on the virtual prototype technology simulating the separation of a launch vehicle from its aircraft in the aircraft wake was proposed based on the internally carried air-launched launch vehicle program. In this method, the full-scale model of the aircraft, the vehicle and the parachute are constructed. Then, they are imported into the ADAMS software, constraint solutions and driving forces are then added for visual dynamic simulation. The unsteady aerodynamic forces of the vehicle in the aircraft wake are calculated by CFD and the moving grid technique. The forces generated by the parachute can be derived from the Kirchhoff motion equation. Through comparing and analyzing the simulation results under different launch conditions, it has been proven that this method simulates the separation of a launch vehicle from the aircraft in the aircraft wake accurately. It provides the foundation for the aggregate project of internally carried air-launch vehicles, and offers a new ref- erenced method for multi-body dynamic simulation.     

载机干扰流场下的内装式空射火箭分离过程仿真

为精确模拟载机干扰流场下的箭机分离过程,综合运用多体动力学和计算流体力学的基本理论,提出了一种基于动力学仿真和数值模拟的仿真方法. 该方法通过建立载机、火箭和稳定伞的全尺寸实体模型,并在ADAMS中施加约束和驱动后进行可视化仿真. 火箭在载机干扰流场中的非定常气动力利用计算流体力学和动网格技术进行仿真计算,稳定伞的气动力通过克希霍夫运动方程进行推导. 针对影响箭机分离的关键因素进行仿真对比分析,结果表明该方法较准确地模拟了载机干扰流场下的分离过程,从而为内装式空射火箭的整体方案设计提供了重要的依据.     

一种运载火箭二级起控优化设计方法

固体运载火箭一二级分离一般为大气层内热分离,由于分离高度低、速度快,加之运载器气动静不稳定等特点,二级起控稳定性一直是火箭总体方案论证过程中的关键问题之一。针对二级起控影响因素进行了全面分析,提出了姿控参数在线辨识法,有效提高火箭姿态控制精度;提出了基于轨迹倾角的程序角在线构造技术,可有效降低二级起控过程气动干扰,进一步提高火箭二级起控能力,为解决固体运载火箭二级起控难题提供了技术支撑。     

大荷载无人机-机器人高压输电线协同检修新方法研究

输电线路带电检修机器人是一种辅助和代替人工进行输电线路带电作业检修的一种智能化装备,其对于提高作业效率、作业可靠性、作业安全性具有重要实际意义,然而机器人在上下线过程中耗费大量的人力物力,大大降低了整体作业效率,机器人上下线问题已经成为制约机器人实用化的一个重要瓶颈。针对上述问题,提出了大荷载无人机(unmanned aerial vehical, UAV)和机器人的输电线协同检修新方法,该系统分为无人机、机器人和联接件,联接件用于联接无人机和机器人,通过电磁铁磁力的控制实现无人机与机器人系统的对接与分离,同时,通过对机器人机械臂系统的运动学建模与分析,得到了作业末端套筒所能到达的运动空间,从而进一步优化机械臂的结构参数,最后,通过硬件系统、软件系统、机械系统的集成设计,开发了机器人物理样机系统,在四分裂输电线路上进行引流板拧紧作业实验。实验结果表明:改系统能够顺利完成四分裂引流板作业任务,具有较强工程实用性,研究结果对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

一种增加动基座飞行器误差分离结果稳定性的半解析方法

动基座发射飞行器存在初始误差大、初始误差和工具误差强耦合等特点,相比静基座发射,其误差分离过程更为复杂针对上述问题,提出了一种增加动基座飞行器误差分离结果稳定性的半解析方法,建立了初始定位误差、初始速度误差的解析求解模型,采用了迭代方法对初始误差和工具误差进行联合求解.通过算例对比分析半解析误差分离方法和传统误差分离方法,结果表明:半解析方法中基于遥外测视位置和速度差分离初始误差,观测数据与误差量直接对应,并结合解析方法精准高效的特点,能够有效提高动基座飞行器误差分离结果稳定性.     

基于动作捕捉的无人机运动状态识别

无人机运动状态识别是无人机运行状态分析的基础,是实现无人机航迹预测的必要条件。对于非合作目标来说,动作捕捉系统可以有效采集其航迹数据。提出一种基于动作捕捉的无人机运动状态识别方法。首先,通过插值、重采样、滤波等方法对包含噪声的无人机航迹数据进行预处理;然后,通过特征提取与特征选择方法,针对速度、加速度、曲率、转角这4个运动参数,提取无人机运动特征;并分割无人机航迹。最后运用支持向量机的方法进行无人机运动状态识别,对速度、加速度、曲率的分类精度分别达到了95%、90%和100%。证明了本方法的可行性。     

机载导弹发射动力学建模与虚拟样机仿真

基于导弹在发射导轨上的运动特征,以"捕食者"机载导弹发射系统为物理原形,建立了发射动力学和运动学模型,并应用MSC.ADAMS软件建立导轨发射条件下弹-架系统动力学模型,进行了动力学仿真试验,研究结果表明,理论计算值和仿真结果相符,得到了发射过程中导弹的位置、速度和加速度随时间的变化关系以及导弹与载机分离时对载机位置、速度和加速度的影响规律.