多旋翼飞行器1）

叙述直升机和多旋翼机的力学原理,解释多旋翼机如何利用各旋翼的转速变化实现各种飞行动作.     

一种小型无人倾转旋翼机全包线飞行的参数估计方法(英文)

小型无人倾转旋翼机的核心是飞行控制系统与捷联惯性导航系统(SINS)。针对小型无人倾转旋翼机的不同飞行模式设计了一套线性、计算效率高的捷联导航算法,为控制系统提供真实可靠的反馈参数。在直升机悬停与小速度飞行模式,利用加速度计与磁强计的输出计算测量姿态角并根据角度与角速率的关系设计低阶线性姿态估计算法,递推解算出MEMS陀螺的漂移特性,并实时补偿测量的角速率。在倾转与飞机飞行模式飞行器具有持续加速与高速的飞行特性,利用磁强计解算当前航向并引入GPS的速度与位置参数,设计了基于误差的线性Kalman滤波器,提高持续加速飞行状态的姿态估计精度。数值仿真表明在全包线飞行过程中设计的捷联导航算法具有良好的测量精度,并利用小型无人倾转旋翼机的飞行试验,验证了算法的估计性能与可靠性。     

机翼刚心位置对回转颤振稳定性边界的影响分析

基于哈密顿原理，建立了适合快速开展回转稳定性设计参数评估的倾转旋翼/短舱/机翼多体气弹耦合动力学分析模型，并通过参数影响分析，获得机翼刚心位置前移有利于提高倾转旋翼机回转颤振稳定性边界的重要结论。所建立的分析方法和获得的结论，对工程设计具有重要的指导意义，可以在机翼气动外形约束条件下，通过调整机翼内部结构特性，合理将机翼的刚心位置向机翼前缘移动，达到提高该构型飞行器回转颤振稳定性裕度的目的。     

扰动风作用下微型旋翼流场的数值模拟及流动控制研究

对于处在低雷诺数下的微型旋翼,扰动风对其流场影响很大。本文基于动态嵌套网格技术的双时间法,采用网格速度法模拟扰动风,研究了不同频率和幅值的正弦式扰动风下三维微型旋翼上的拉力系数响应情况,并采用变形网格方法模拟了旋翼桨叶的周期性边距运动对扰动风的流动控制,为今后旋翼机的主动控制研究提供了线索。研究结果表明,低雷诺数下,旋翼在周期性扰动风作用下的拉力响应曲线拟合函数与扰动风函数形式相同,响应曲线函数同样具有周期性变化趋势,波动幅值与扰动风幅值成正比例关系;对不同飞行状态下的旋翼,采用周期等角变距方式,能够找到一个适合的控制参数使得旋翼在正弦式扰动风环境下旋翼的拉力波动在一定范围内得到有效抑制。     

定常吹气对倾转旋翼机向下载荷的影响

为进一步提高倾转旋翼机悬停状态下的有效载重,开展了定常吹气流动控制对向下载荷的影响研究。首先应用延迟脱体涡模拟(DDES)方法对翼型-90°迎角下非定常大范围分离流动结构进行了数值分析;然后分别开展了前缘吹气、后缘吹气降载措施研究,揭示了吹气降载的机理,并对不同吹气口位置和吹气动量系数的影响进行了定量分析,最后开展了前、后缘同时吹气作用下降载数值模拟研究。计算结果表明:前缘最佳吹气位置在翼型的前缘点,而后缘吹气最佳位置位于襟翼弦长的15%处;前缘吹气的降载效果要优于后缘吹气,而且吹气动量系数对向下载荷的影响较小;相对于初始未施加流动控制构型,阻力系数减小量可达到32.72%。     

倾转旋翼过渡状态的尾迹及气动力特性计算与分析

建立了倾转旋翼机倾转过渡状态旋翼尾迹和气动力的计算方法.该方法中,桨叶的气动模型采用Weissinger-L升力面理论模拟,尾迹的控制方程考虑了旋翼倾转运动对速度分量的影响,并采用时间步进方法求解旋翼自由尾迹,为提高计算精度,使用了4阶Adams-Moulton预测-校正数值算法.同时,该方法中还推导了能适用于倾转过渡状态的旋翼桨叶挥舞运动方程,并结合了旋翼配平模型.利用所建立的方法,首先计算了悬停和前飞状态时的旋翼自由尾迹几何形状,并通过与可得到的实验结果对比,验证了计算方法的有效性.然后,计算和分析了旋翼在不同倾转状态下的尾迹滞后及弯曲特征,以及倾转旋翼的拉力、俯仰和滚转力矩随时间的变化,在此基础上,得出了一些有意义的结论.     

大型土木结构多尺度模拟与损伤分析——————从材料多尺度力学到结构多尺度

从阐述重大土木工程结构安全运营面临的挑战性课题------结构多尺度力学问题开始, 对多尺度力学中的材料多尺度模拟和结构多尺度模拟的工程背景、多尺度特征和关键研究内容进行比较性评述;在此基础上, 重点介绍了对研究大型土木结构多尺度力学问题可能有参考价值的材料多尺度模拟和分析方法如周期性异质材料问题的平均化与渐进分析方法、单位分解法和多尺度重构核函数法, 以及大型土木结构多尺度模拟与分析领域的研究现状,由此引出结构多尺度力学研究中亟待解决的关键问题并加以评述;通过认识与比较结构多尺度与材料多尺度问题的共性与个性, 文中综述了在大型土木结构多尺度问题的研究进程中可供参考的理论与方法, 提出了这类结构多尺度力学问题研究的几个关键科学问题为: 结构多尺度模拟中的连接与跨越问题、多尺度模型的修正和验证、结构损伤的时间多尺度模拟与分析、结构强度和损伤失效过程中多尺度分析的跨尺度敏感性与随机性因素, 以及适用于大型土木结构多尺度模拟和计算分析的实施策略与技术.      

平面弹性介质多孔多裂纹问题的一种数值方法

提出了平面弹性介质中多孔洞多裂纹相互作用问题的一种数值计算方 法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多孔洞多裂纹的一般体系，将原问题 分解为承受远处载荷不含裂纹不含孔洞的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上和孔 洞表面上承受面力的多孔洞多裂纹问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考 虑后者(多孔洞多裂纹问题)来解决，而利用提出的杂交位移不连续法，这种多孔 洞多裂纹问题是容易数值求解的. 算例说明该数值方法对分析平面弹性介质中多孔洞多裂纹 相互作用的问题既简单又有效.     

基于改进A*算法的多基地多无人机分阶段任务规划方法

针对多无人机疏散配置在多个基地、协同执行多目标侦察任务的应用需求,提出了一种基于改进A*算法的多基地多无人机分阶段任务规划方法,包括区域设置、航程估算、多基地多无人机任务分配、基地内单无人机时序分配、航迹搜索、航迹平滑和局部动态规划等多阶段层次化的处理流程。基于改进A*算法预估航程矩阵,基于改进K-means算法和深度遍历方法求解多基地多无人机任务分配,基于旅行商（TSP）模型求解单无人机时序任务分配,基于改进A*算法和三次B样条曲线规划并优化航迹,依据态势变化执行局部动态任务规划。开发了多无人机任务规划软件,验证了所提出的分阶段任务规划处理流程。实验结果表明,改进A*算法可剔除冗余节点,缩短4%以上航程,应用改进A*预估航程的任务分配能够满足威胁规避约束,进而可有效实现复杂威胁条件下多基地多无人机的航迹规划。     

多体空气动力学研究进展

多体飞行器普遍存在于航空航天、空天和武器领域中, 主要有以下三大类型: (1) 多个飞行器相互不接触的近距离飞行; (2) 多体飞行器相互接触或组合飞行; (3) 多体飞行器回收或解锁分离过程的相对运动. 多体飞行器在飞行、回收或分离过程中存在相互的流场干扰或作用, 使多体飞行器具有不同于孤立体飞行器的流动物理或特征, 特别是在超声速、高超声速的多体流动中, 多体间存在多重激波反射、衍射以及激波与旋涡、激波与边界层相互干扰或作用, 这些复杂流动能显著地改变多体飞行器的空气动力学特性. 作者引入“多体空气动力学”概念对多体飞行器这一类问题进行概括和总结, 并阐述其基本内涵、应用场景和研究方法/手段及典型多体构型的超声速/高超声速流动结构和特征.      

多体系统传递矩阵法研究进展

作为一种多体系统动力学新方法, 多体系统传递矩阵法由于其无需系统总体动力学方程和快速计算的特点, 已被广泛用于各种多管火箭、自行火炮、舰炮等复杂大型机械系统动力学分析与设计. 本文介绍了该方法的研究进展, 包括: 线性多体系统传递矩阵法、多体系统离散时间传递矩阵法、二维系统传递矩阵法、受控多体系统传递矩阵法、多体系统传递矩阵法和通常动力学方法的混合方法等, 给出了该方法解决自行火炮、多管火箭武器多体系统动力学的重大工程应用实例.      

室内伪卫星信号多径微观参数统计模型

针对伪卫星应用于室内定位多径微观参数传播特性未知的问题,综合考虑室内伪卫星信号体制特点及典型应用环境特征,结合已有的室内无线通信信号统计模型,提出了室内伪卫星信号多径微观参数理论模型。通过将室内典型环境下归纳统计得到的射线追踪确定性模型与理论模型相匹配,从仿真角度验证了理论模型的正确性。结果表明:多径延迟扩展模型符合瑞利分布,且多径延迟分布与伪卫星高度角相关;同时,伪卫星多径平均功率随延迟增加呈指数衰减。在办公区域中,多径生命周期覆盖0μs到0.3μs,且透射多径大多属于短寿命多径,长寿命多径分量属于反射多径。     

从"哥伦比亚"号悲剧看多尺度力学问题

航空航天安全蕴含着大量的涉及多个物理层次的多尺度力学问题．多尺度力学问题对现有的力学概念和理论是一个巨大的挑战、以铝合金层裂和岩石脆性破坏为典型案例,讨论了多尺度力学问题的特点、难点以及可能的处理方法,说明合理表征和处理多尺度问题的跨尺度耦合及跨尺度敏感性是解决多尺度问题的关键．     

多输入多输出非线性系统的一种函数级数模型

提出一种表示多输入多输出非线性多自由度系统的输入与输出关系的函数级数模型，并对模型作了讨论，证明了单输入单输出Ｖｏｌｔｅｒａ级数模型只是本文的一种特殊情况。用这个模型对多自由度多项式刚度非线性振动系统进行分析，得出这一类系统的高阶核和多维频率响应函数。文中模型为具有多输入多输出的非线性系统分析及响应预测与谱分析提供了一种基础工具。     

某结构的多轴随机振动实验研究

通过对某结构开展多轴随机振动试验研究,初步探讨了典型线性结构在多轴随机振动试验中的动力响应特点.首先对多轴振动试验系统、试验条件、控制方式等进行了介绍;然后通过有限元仿真了解结构的自振频率、振型和响应情况;重点对结构的多轴随机振动试验结果进行研究,具体分析了结构各测点加速度响应谱的共振峰特点;最后将多轴试验结果与单轴试验结果进行对比,并理论上解释了多轴随机振动响应不同于单轴振动的原因.研究结果表明:多轴振动试验能同时激发结构在不同方向的模态,使动力响应表现出比单轴振动更为丰富的共振峰,因此对经受多轴振动环境的产品开展多轴振动试验很有必要.     

多轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

根据所建立的单轴非线性疲劳损伤累积模型,在多轴疲劳损伤临界面原理研究的基础上,针对多轴比轴比例加载,建立了多轴非线性连续疲劳损伤累积模型,该模型可以考虑多轴疲劳极限、平均静水应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出多轴加载顺序的影响,最后讨论了该多轴疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推形式,经多轴二级及块载疲劳试验数据验证表明,用该模型预测多轴疲劳寿命,其结果令人满意。     

基于周期延拓的步进式正弦扫频阻抗控制方法

针对步进式多输入多输出正弦扫频振动试验中相邻信号过渡不平顺以及多点相位控制精度差的问题,分析扫频频率切换机理,在保证试验时间以及多点相位差满足参考容差要求情况下,提出周期延拓法平稳地处理两段不连续信号;提出了阻抗多点控制算法,分析了压缩因子对收敛速度与控制精度的影响,设定频响函数矩阵条件数阈值以避免结构病态频率带来的过激励影响;开展多轴多点正弦扫频振动算法试验,结果验证了算法可靠性与有效性.     

IMPEDANCE CONTROL METHOD OF STEPPED SWEPT SINE VIBRATION TEST BASED ON PERIODIC EXTENSION

针对步进式多输入多输出正弦扫频振动试验中相邻信号过渡不平顺以及多点相位控制精度差的问题,分析扫频频率切换机理,在保证试验时间以及多点相位差满足参考容差要求情况下,提出周期延拓法平稳地处理两段不连续信号;提出了阻抗多点控制算法,分析了压缩因子对收敛速度与控制精度的影响,设定频响函数矩阵条件数阈值以避免结构病态频率带来的过激励影响;开展多轴多点正弦扫频振动算法试验,结果验证了算法可靠性与有效性.     

直升机旋翼气弹动力学优化策略(Ⅱ)——多目标优化解法研究

在旋翼气弹动力学模型基础上进行了多目标优化问题的描述和分类,定义了多目标优化问题及其解,讨论了多目标优化问题的解法,提出了直升机旋翼气弹动力学多目标优化问题的解法.使用改进的遗传模拟退火算法、加权系数法、全局准则法相结合的混合式解法进行旋翼气弹动力学多目标优化问题的求解.算例结果表明:使用混合法的多目标优化解法设计变量变化平缓;同时设计目标函数的3次/转、4次/转、5次/转谐波振动载荷和桨叶总质量分别比初始设计减少13.4%、31.5%、20.9%和7.36%,优化效果明显.由本文的研究可知,在直升机旋翼气弹动力学多目标优化问题中,使用混合式多目标优化问题解法能使旋翼气弹动力学多目标优化收敛到Pareto最优解,同时可提高多目标优化问题解质量和结果的鲁棒性.     

北斗二代导航信号抗多径性能分析与仿真

针对北斗二代导航信号抗多径性能的分析需求,推导了基于相干超前减滞后延迟锁定环的码跟踪多径误差评估方法,运用该方法分析了北斗二代导航信号的抗多径性能,仿真表明在多径直达信号幅度比为-6 dB,相关间距为24 ns,信号带宽为24 MHz时,北斗二代导航信号都能区分大于300 m的多径延迟。以MBOC信号为例对不同的多径直达信号幅度比、相关器间距、信号接收带宽、信号组成时导航信号的多径性能进行了仿真。结果表明:在多径直达信号幅度比一定时,提升信号的高频分量,在接收端采用窄相关技术和宽的接收带宽可将北斗二代导航信号的多径误差限制在4 m以内,且衰减速度更快,从而改善信号的抗多径性能。