基于指数收敛的四旋翼无人机鲁棒自适应飞行控制

针对四旋翼无人机鲁棒自适应飞行问题,提出了一种基于指数收敛的控制方法。考虑到四旋翼系统的欠驱动、强耦合等非线性特性,采用线性化反馈控制策略实现对其轨迹追踪飞行能力的基本控制;针对线性化反馈控制易受系统内外部未知干扰等影响,采用基于指数收敛干扰观测器组合控制设计,实现四旋翼飞行的鲁棒与自适应控制;线性反馈及状态观测器控制系统基于指数收敛稳定。进行了仿真分析,结果表明,干扰观测器对四旋翼系统中存在的未知干扰具有很好的估计能力,所设计的基于指数收敛控制系统,结构简单,且具有较强的干扰抑制能力和较高的系统稳定性,满足四旋翼无人机的鲁棒及自适应飞行能力要求。     

基于线性鲁棒性优化的弦支结构设计及分析

结构的鲁棒性是指结构抵抗不相称破坏的能力。目前,研究集中于框架类结构鲁棒性的评价,缺少弦支结构鲁棒性评价及设计方法。首先基于H∞理论,采用结构系统传递函数的H∞范数作为结构鲁棒性的定量评价指标。然后,采用SIMP模型描述建立了人工材料模型,以结构线性鲁棒性为优化目标,将结构鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化,并通过粒子群算法求解。以弦支双曲球壳模型为例,通过鲁棒设计得到了鲁棒构形。最后通过作用超越静荷载,制造干扰场景,分析不同结构设计方案的非线性鲁棒性。结果表明,H∞结构鲁棒性评价指标可以反映干扰与后果是否相称,通过连续体拓扑优化进行鲁棒设计,能够有效地提高结构鲁棒性,可以为弦支结构初始概念设计提供参考。     

小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩分析

推导了采用装配式电构结构的小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩计算公式,进行了仿真计算,并分析了转子的谐波、转子线位移、支承回路放大系数,转子极轴相对于电极坐标系的偏称对干扰力矩的影响,其结果对小型静电陀螺仪的设计与研制具有参考价值。     

侧向多喷口干扰复杂流动数值模拟研究

采用具有高分辨率的NND格式,通过数值求解N-S方程对典型外形多喷口侧向喷流复杂干扰流动进行了数值模拟. 为了提高计算效率,采用了LU-SGS隐式算法. 采用分块对接网格技术,生成高质量的贴体计算网格,精确模拟喷口截面. 对比分析了不同计算格式、限制器形式、网格拓扑及流动形态(层流与湍流)对喷流干扰流场结构和压力分布特性的影响,研究和分析了喷口附近流场的涡系结构、波系结构和喷流干扰引起的气动力特性. 在上述研究的基础上,针对典型飞行器外形的侧向喷流干扰特性进行了详细的数值模拟,得到了喷口参数(喷口位置、数目等)及来流条件对喷流干扰流场结构、气动力特性的影响规律,并对其流动机理进行了相应的分析. 研究表明,发展的针对多喷口侧喷干扰的数值计算方法是成功的,可以应用于飞行器侧向喷流干扰的流场结构分析及气动力特性数值预测.      

小型静电陀螺仪电极面积及电极装配误差研究

介绍了小型静电陀螺仪的电极支承结构和电极面积误差引起的干扰力矩的计算公式,并根据影响电极面积的各种因素推导出了电极面积的误差范围。根据装配误差产生干扰力矩的情况确定了最终的装配精度,为电极的设计提供了重要的参考依据。     

新型反应装甲结构对长杆弹小法线角侵彻的干扰分析和防护效能

针对防御小法线角入射的长杆弹的需要而设计出了一种新型反应装甲结构。通过分析新型反应装甲结构对长杆弹运动速度和姿态的干扰,得出在长杆弹质量守恒的情况下的动力学方程,并进行反应装甲抗长杆弹侵彻实验。结果表明,新型反应装甲能够有效的干扰小角度长杆弹的飞行姿态并造成动能损失,可提高对长杆弹的防护效果。     

飞网抛射过程母卫星姿态干扰分析与姿态控制

空间飞网是一种新型的空间碎片或漂浮物回收装置. 飞网抛射过程会对母体卫星产生较大的干扰,影响卫星的姿态稳定,因此需要设计具有抗干扰能力的控制律来保证卫星姿态的稳定. 针对空间飞网直接抛射展开过程,分析了影响飞网抛射效果的主要因素,并建立了飞网发射所产生的干扰力矩模型. 针对卫星的控制要求,建立了卫星姿态控制系统的模型,设计了滑模变结构控制器,并给出数学推导过程. 最后,通过仿真对姿态干扰及控制器控制性能进行了分析研究,结果表明,设计的控制器能够保证卫星的稳定,满足设计指标要求.     

基于多层分块算法的激波干扰流场预测

激波-激波干扰流场预测是超声速乃至高超声速流动中最具挑战性的问题之一. 特别地, 第IV类激波干扰由于其在壁面驻点附近产生极高的热载荷而备受关注. 本文针对圆柱诱导的弓形激波和入射斜激波的干扰问题, 分别基于量热完全气体模型和考虑振动激发的热完全气体模型, 数值求解有黏二维可压缩NS方程, 分析了高温气体效应对激波干扰流场结构, 以及第IV类激波干扰流场状态参数的影响. 接着, 本文基于一种具有广义可分离特性的遗传算法 (多层分块算法), 给出能够预测不同气体模型下第IV类激波干扰流场三波点的坐标位置、超声速射流的几何形状等特征性几何结构的数学模型, 进一步获得高温气体效应对激波干扰类型转变准则影响的定量化评估. 激波干扰类型转变准则面上的多组临界工况的激波干扰流场结构以及壁面压力和壁面热流分布的对比结果表明, 不同气体模型下的激波干扰类型和流场结构差异较为显著, 获得的定量化预测模型对工程中气动热环境的预测具有一定的参考价值.      

基于迭代学习干扰观测器的 RLV 容错控制方法

针对重复使用运载器（RLV）等类飞行器再入飞行段存在综合干扰问题,提出了一种基于迭代学习干扰观测器的容错控制方法。首先,根据RLV再入段运动、动力学特性及执行机构故障类型,建立带有执行机构故障的RLV面向控制模型;然后设计了一种基于S型函数的迭代学习观测器的容错控制方法,采用迭代学习干扰观测器完成对综合干扰观测并进行补偿,通过李雅普诺夫定理证明基于干扰观测器设计的改进的自适应控制器能够在有限时间收敛稳定;最后以某型RLV再入段为研究对象进行数值仿真。仿真结果表明,所提出的方法在系统中存在加性、乘性故障时,姿态跟踪能够在3 s内收敛,同时姿态稳态误差在0.01°以内。     

三角形格构式塔身杆件风荷载及流动干扰特性

针对输电塔结构精细设计及优化设计对杆件风荷载准确输入的要求,选用完全结构化的多块网格,通过求解N-S方程得到了不同风向角条件下的三角形塔身节段模型流场并利用风洞试验对其体型系数进行验证．与各国规范的对比分析表明,《英国杆塔荷载规范》可用于相关设计工作;分析了不同杆件风荷载随风向角变化的成因,指出了迎风面积变化主导了最上游主材的风荷载特性,而其它两根主材的风荷载同时受到迎风面积变化及上游杆件流动干扰的影响;利用不同高度、不同展向位置的截面流线方法研究了塔身节段模型杆件之间的流动干扰性态,结果表明,如下四种流动干扰行为共同决定了节段模型的杆件风荷载特性：a）相互独立的流动干扰杆件群;b）屏蔽作用;c）两组独立的斜置阵列的流动干扰作用;d）尾迹干扰作用．     

超声速多喷流干扰流场特性研究

研究了旋成体上超声速来流与超声速横向多喷流相撞产生的层流干扰流场特性. 数 值方法针对三维可压缩Navier-Stokes方程按二阶精度Roe格式进行离散,采用基于多区对 接网格技术的有限体积法. 数值模拟结果描述了多喷流干扰流场的空间结构以及激波/边界层 干扰引起的分离范围,探讨了沿流向等间距排列的喷口个数对表面和空间流场结构以及压力 分布的影响规律. 结果表明,第一喷口对多喷流干扰流场主要结构和喷口上游表面分离范围 起主导作用. 其中三喷流流场数值模拟的对称面激波结构与实验纹影结果进行对比,符合较 好.     

亚声速组合体非线性升力干扰因子

五十年代,Nielsen等人在文献[1]中提出了“干扰因子”的概念,用以计算组合体部件之间的气动力干扰。他们的方法已成为目前通用的工程估算方法的基础。六十年代,纪楚群等同志综合和发展了Nielsen和列别捷夫等人的工作,提出了一套计算手册,已为广大气动设计工作者熟悉和采用。但是Nielsen给出的是线化升力“干扰因子”,只适用于小攻角范围。对于中等至大攻角范围,由于体涡和翼涡产生的非线性升力之间的干扰目前尚无现成方法可循。虽然Nielsen最近提出了非线性干扰因子的概念,但他     

激波与转捩边界层干扰非定常特性数值分析

激波与边界层干扰的非定常问题是高速飞行器气动设计中基础研究内容之一.以往研究主要针对层流和湍流干扰,在分离激波低频振荡及其内在机理方面存在着上游机制和下游机制两类截然不同的理论解释.分析激波与转捩边界层干扰下非定常运动现象有助于进一步加深理解边界层状态以及分离泡结构对低频振荡特性的影响规律,为揭示其产生机理指出新的方向.采用直接数值模拟方法对来流马赫数2.9,24?压缩拐角内激波与转捩边界层干扰下激波的非定常运动特性进行了数值分析.通过在拐角上游平板特定的流向位置添加吹吸扰动激发流动转捩,使得进入拐角的边界层处于转捩初期阶段.在验证了计算程序可靠性的基础上,详细分析了转捩干扰下激波运动的间歇性和振荡特征,着重研究了分离泡展向三维结构对激波振荡特性的影响规律,最后还初步探索了转捩干扰下激波低频振荡产生的物理机制.研究结果表明:分离激波的非定常运动仍存在强间歇性和低频振荡特征,其时间尺度约为上游无干扰区内脉动信号特征尺度的10倍量级;分离泡展向三维结构不会对分离激波的低频振荡特征产生实质影响.依据瞬态脉动流场的低通滤波结果,转捩干扰下激波低频振荡的诱因来源于拐角干扰区下游,与流场中分离泡的收缩/膨胀运动存在一定的关联.     

非线性隔振及时滞消振方法研究进展

振动问题与人类日常生活和科技发展紧密相关.振动不但会干扰人类的生活、影响人类健康,也会造成建筑物、机械设备和精密仪器无法正常使用甚至损坏.于是,在航空航天、汽车工程、船舶工程、大型结构及精密仪器加工等领域,人们利用弹性元件或控制装置形成有效的振动隔离或消除装备,有效的隔振能够提高人员和装备的安全性、稳定性、可控性和舒适性.现代结构的大型化和复杂化发展,对隔振和消振器的宽频抑振效果提出了新挑战.然而,基于线性理论的设计优化方法在分析和应用中出现了无法调和的矛盾,即,如果要拓宽隔振频带,就必须降低隔振结构的刚度,这导致结构承载能力下降.本文对典型的非线性隔振器高静低动设计方法、动力学建模、动力学分析进行了详细的综述,阐明不同机理下呈现的恢复力本构和准零刚度设计准则,在面向航空航天、精密加工、汽车船舶等领域的不同需求时,能够从动力学特征上进行选型;另外,关注到基于仿生和超结构的隔振和消振设计方法,在非线性恢复力本构的力学机理解释和调控上产生了新的问题和挑战,引发出变刚度、大变形动力学分析及其控制新方法、新策略和实验新技术的研究;最后,随着结构零部件向着轻质化和柔性化的方向发展,运动部件末端的...     

基于等几何分析的结构优化设计研究进展

结构等几何分析是计算固体力学领域一种新兴的数值方法,致力于将CAD（计算机辅助设计）和CAE（计算机辅助工程）纳入到统一的数学表达框架。等几何分析紧密联系几何信息,采用相同的数学表达将几何精确建模、结构分析和设计过程结合,为结构优化设计提供了新的选择和机会。相比基于有限元的结构优化方法,等几何优化设计方法可在一定程度上提高结构优化的精度、效率和便利性。本文针对具有代表性的结构等几何优化设计,包括形状优化、尺寸优化和拓扑优化等问题,系统梳理和综述了主要的等几何优化方法及其在结构优化设计中的应用。比较分析和评述了结构等几何优化设计方法的算法特点及计算优势与劣势,探讨了基于等几何分析的结构优化研究的前沿问题,并展望了未来的发展方向,包括：基于复杂剪裁CAD几何的高效等几何分析与优化设计、基于实体几何构造的结构等几何分析和优化设计、等几何分析与其他力学分析方法结合的结构优化、基于等几何分析的壳体优化设计、基于等几何分析的材料和结构一体化优化设计以及考虑不确定性的结构等几何优化设计等。     

应用小干扰柱体控制角区马蹄涡结构的实验研究

本文提出一种简单的抑制和控制角区马蹄涡的被动控制方法.即在角区平板上游放置一个远小于主柱体的小干扰柱体,用其产生的弱马蹄涡来抑制和控制角区的马蹄涡结构.目的是使角区原来的马蹄涡结构由强变为弱、由大变为小、由多变为少、由非定常变为定常,以获得减小冲刷、抑制湍流、降低噪声、避免振动的工程效果.作者在风洞中采用烟线法和激光片光流动显示的方法开展研究,实验表明,在平板上游适当位置放置小干扰柱体的确可以有效抑制和控制角区马蹄涡结构.实验发现,当小干扰柱体放置在原角区马蹄涡生成区时,其抑制和控制效果最佳;当小干扰柱体放置在上游区或下游区时,控制效果不好.本文讨论了小干扰柱体控制角区马蹄涡的机理.此外,实验还研究了小干扰柱体相对尺度和截面形状对角区马蹄涡结构抑制和控制的影响.     

局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.     

V型夹层炸药对射流干扰的数值模拟

采用三维有限元程序(LS-DYNA)模拟了射流侵彻放有V型夹层炸药靶板的过程,并与无V型夹层炸药等情况进行了对比。V型夹层炸药爆炸后,运动的两组面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,导致射流偏转、弯曲、着靶点分散,使射流的侵彻深度下降约30%～90%,V型夹层炸药结构干扰程度随入射角度的增大而呈递增趋势。V型角的变化对射流的侵彻深度干扰作用不明显。     

多自由度非线性结构体系在支承随机运动干扰下的模糊动力可靠性

本文在考虑了支承随机运动干扰的模糊性和结构随机振动反应允许界限模糊性的基础上,提出了多自由度非线性结构体系模糊动力可靠性的一般计算方法。文中提出了支承随机运动干扰的强度等级和谱密度形状类别模糊子集的评定方法,寻得了考虑界限模糊性的体系动力可靠性的计算公式,并最终得到了非线性结构体系模糊动力可靠性的评定方法。更合理地解决了非线性体系在支承随机运动干扰下的安全估计问题。     

某激光捷联惯性测量装置电磁兼容设计及滤波措施

针对某激光捷联惯性测量装置存在的发射干扰(CE102传导发射和RE102电场辐射发射)超标问题,分别从线路设计、屏蔽、滤波以及滤波器的使用等方面对激光捷联惯性测量装置内部电磁兼容设计进行了详细的分析,找出了产生问题的根本原因.通过采取线路改造、屏蔽和良好接地、双扼流圈滤波等具体方法,传导发射和电场辐射发射干扰均得到了有效的抑制,经改进后该激光捷联惯性测量装置内部电磁环境有了显著的提高,完全通过了电磁兼容试验考核,验证了措施的有效性,并被其他项目借鉴.