面向环境适应性的无人机飞行姿态模拟器设计与仿真

针对无人机开展不同飞行姿态下的环境适应性试验,设计一种可以模拟旋翼无人机不同姿态的飞行模拟器,并采用联合仿真的方法对该模拟器进行虚拟仿真分析。首先,介绍飞行姿态模拟的结构设计及使用场景。然后,阐述联合仿真的技术方案,并分析伺服控制系统的基本原理。最后,搭建飞行模拟器的机-电联合仿真模型,建立基于速度闭环的控制系统,进行阶跃信号和正弦信号跟踪仿真。仿真结果显示:伺服系统的最大超调量为8.25%,最大调整时间为0.75 s。分析结果表明:设计的无人飞行姿态模拟可以有效模拟旋翼类无人机的飞行姿态,提出的联合仿真方法有效,具有实际的工程应用价值。     

基于STM32的X型四旋翼无人机设计

针对四旋翼无人机飞行姿态测量易受干扰、姿态解算和姿态控制输出误差大等问题,以飞行姿态稳定控制为目标,设计了一种基于STM32系列微控制器的X型四旋翼无人机。采用以双处理器、双陀螺仪和双加速度计为主的硬件架构,实时采集无人机飞行姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法和串级PID控制算法对姿态信息分别进行解算和控制输出。实验结果显示:小角度扰动下,双陀螺仪和双加速度计姿态测量精度高,合理设置双环PID参数后,姿态角输出误差小。结果表明:双传感器硬件架构在姿态测量中的抗干扰性更强,设计的X型四旋翼无人机飞行性能较好,达到飞行姿态稳定控制的目的。研究结果对后续飞行控制系统的深入研究具有一定的指导作用。     

四旋翼无人机建模与PID控制器设计

文中通过对四旋翼无人机的机体结构和飞行原理的认识,运用牛顿——欧拉法对四旋翼无人机进行动力学受力分析,在小角度转动下,建立了该无人机的数学模型。运用PID对其进行控制,通过无人机的数学模型,设计了双环PID控制器(内环姿态控制与外环位置控制),通过MATLAB仿真验证其有效性。     

基于插补导航的全自主旋翼机设计与控制

为了解决传统旋翼无人机因手动遥操作而导致飞行不稳定的问题,研究了基于插补导航的全自主旋翼机的设计与控制方法。首先,根据导航系统和地面站,获得当前无人机与目标点之间的位置姿态关系;然后基于插补控制算法,利用机载控制器输出相应的能够控制无人机稳定飞行的脉冲宽度信号,实现脱离手动遥操作的四旋翼无人机全自主飞行控制。最后,通过全自主插补导航飞行仿真与实验,验证了该全自主无人机设计的可行性。结果表明,该全自主控制架构能够有效地模拟遥操作信号,实现无人机的全自主飞行控制,且具有更高的稳定性。     

多体组合式无人机飞行力学稳定性分析及增稳控制研究

多体组合式无人机是一种新概念飞行器,由多个小型无人机以翼尖铰接连接组成,该概念飞行器能够融合小型无人机与高空长航时无人机两类飞行平台的性能和任务优势,发展潜力巨大。基于Newton-Euler方程及升力线方法建立多体组合式无人机飞行力学模型,针对允许相对滚转运动自由度的双机组合式无人机系统进行配平及稳定性分析。结果表明,不同于传统构型飞行器,多体组合式无人机系统具有不稳定复合运动飞行模态,该复合模态由相对滚转运动主导,在无控状态下该构型飞行器无法稳定飞行。在完成动力学建模的基础上,基于PID控制方法,为每个单体飞行器单独设计增稳控制回路以达到增稳控制目的,仿真结果表明该控制思路有效,可以快速镇定发散的飞行力学系统。     

民用轻小型无人机飞行项目检测能力建设的方法

本文依据现行民用轻小型无人机标准体系要求,结合行业发展和应用需求,分析无人机检测能力建设的重要性和意义,对无人机系统飞行试验与关键检测技术能力建设进行探讨,以期为检测能力建设规范化管理提供了支撑,有助于我国民用轻小型无人机质量提升,促进无人机技术创新及推广应用.     

基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划

针对微小型四旋翼无人机的路径规划问题,引入运动学习框架,提出了一种基于动态运动基元的路径规划方法。该方法通过对给定运动样本的学习提取出运动基元,并将学习结果推广到新的飞行目标,从而泛化出相应的运动轨迹。有障碍物的情况下,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,然后将规划的轨迹点集提供给微小型四旋翼无人机完成路径跟踪飞行任务。该路径规划方法的可行性通过微小型四旋翼无人机不同目标点的飞行任务仿真得到了验证。仿真实验还验证了该方法在三维空间进行有效避障的性能。     

消费级多旋翼无人机的飞行可靠性和安全性评测

为探究市面上消费级多旋翼无人机的飞行可靠性和安全性问题,参考和引用国内外标准性文件(如,工信部无[2002]353号、无[2002]277号、EN300328、GB/T 19392-2013、GB 31241-2014),通过模拟实际飞行情况和极端性安全情况,对消费级多旋翼无人机展开无线电控制系统、定位系统和动力源安全性能三大方面的研究,具体涉及等效全向辐射功率、辐射杂散等10个试验项目。结果显示,辐射杂散、起飞前GPS位置锁定、禁飞位置起飞模拟和动力源热滥用的通过率<70%,控制信号中断和飞行中GPS信号中断的通过率<85%,其余试验项目的通过率为100%。     

籼粳杂交水稻多旋翼无人机辅助授粉流场特性分析

为了解决多旋翼无人机(UAV)在籼粳杂交稻辅助授粉过程中流场特性参数难以求解的问题,提出了一种基于湍流模型的流场特性分析方法,同时给出无人机授粉飞行作业轨迹设计深入研究的相关建议。以四旋翼农用无人机为例,通过纳维-斯托克斯(N-S)方程和压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,利用k-ε湍流模型,模拟四旋翼无人机在不同旋翼速度条件下旋翼风场的流场特性以及不同时刻花粉颗粒的运动轨迹。仿真结果表明,在旋翼模型处于悬停飞行状态下旋翼的最大速度位于外径边缘区域,沿四周扩散方向速度逐渐降低,靠近旋转轴的速度接近于0;在花粉模型中,当旋翼的转速增大时流场的速度也随之增大,花粉颗粒运动也加速扩散,即旋翼的转速越大,散粉的效率越高,能达到更好的授粉效果。田间实验表明,结合理论研究设计出的规划飞行路径可提高作业效率。     

旋翼式交通监控无人机空域使用问题研究

在无人机民用化的趋势下,旋翼式无人机在交通监控中的应用前景越来越为研究者所重视。为了使无人机能够安全地进行交通监控,避免与其他飞行物、建筑物相互影响,本文从机场周边飞行限高、普通飞行区障碍物、无人机自身安全防护措施等三个方面,详细探讨了旋翼式交通监控无人机的空域使用问题,以期为实际运用提供指导。     

直升机结构响应主动控制飞行试验

为验证结构响应主动控制方法在直升机振动控制中的有效性,以某轻型直升机为验证机,基于具有在线识别功能的时域自适应控制算法,进行了直升机结构响应主动控制飞行试验研究。给出了飞行试验方法、试验系统组成、试验内容及其过程。通过对飞行试验数据的处理分析,对减振效果进行了评估。试飞结果表明:ACSR(Active Control of Structure Response)系统对各测点的垂向振动均有减振效果,各速度状态下的全机垂向减振效率在30%～66%之间,巡航速度状态下具有最佳的减振效率;此外,各测点的侧向振动水平也有一定程度的减小。     

中国近代飞行服影像交互设计研究

目的 结合交互设计技术对中国近代飞行服数字化影像进行归纳总结,探究数字化影像和交互技术的结合方式,分析影像交互技术对飞行员服饰的影响。方法 利用网络、书籍等方式梳理中国近代飞行员服饰的变化发展过程,结合现有案例分析不同影像交互设计的特点并选择合理的交互设计方法。结果系统直观地对中国近代飞行员制服的历史变更进行梳理总结,结合交互设计基础理论,完成对飞行服数字化影像的交互设计。结论 对现存影像稀少的飞行服而言,制作成本低、内存占比少、简洁易懂的小程序有着易于查看、方便快捷、互动性高等优势。合理的色彩搭配、简洁的画面、详细的文字说明以及丰富的交互操作能够带给用户良好的使用体验。     

航模动力及飞行环境无线实时监测系统设计

介绍一种航模动力及飞行环境无线实时监测系统以及该系统的组成、硬件设计、通信协议、软件设计及系统的应用.测试结果表明,该系统具有测试精度高、可靠性好、操作和维护方便等特点,可用于航模等小型飞行器的生产、科研、试飞及教学过程等.     

关于小口径尾翼弹修正方法的研究

进行了小口径尾翼修正弹气动外形设计,并对其进行气动仿真,得出了阻力、升力、翻转力矩、导转力矩等空气动力数据.在分析小口径尾翼修正弹气动特性的基础上,对其大量气动数据进行方程拟合.通过气动和动力学仿真,模拟修正弹修正过程,对小口径尾翼修正弹飞行稳定性和修正能力进行分析.仿真结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制的条件下,经气动外形设计的小口径尾翼修正弹具有良好的飞行稳定性和修正能力.     

佩戴头盔模拟飞行8h的飞行耐力试验

目的:测定飞行员长时间(8h)模拟飞行时,佩戴飞行头盔对其飞行耐力的影响,为飞行头盔设计改进和使用提供依据。方法:按受试者佩戴头盔的重量(1.7 kg与2.0 kg)和任务负荷(仅提供影视音乐节目与模拟航线飞行)的不同将试验分为3组,观察记录受试者的主诉和表现。结果:受试者反映的问题,主要是闷热和压痛。为减轻闷热和压痛,受试者不断地调整头盔。闷热、压痛和调整头盔频次与时间进程相关,闷热出现在1h-3h,压痛出现在4-7h。因头盔重量和任务负荷不同,各组受试者的主诉和调整头盔频次有显著性差异。结论:头盔重量以及任务负荷等对飞行耐受能力有重大影响:头盔增重、任务负荷增加,加快了闷热和压痛的生成。频繁地调整头盔是缓解闷热和压痛的主要行为表现。相关测量结果为飞行头盔设计改进和使用提供了重要依据。     

中国吉祥纹样在空乘制服设计中的数字化应用

目的 中国古代历史悠久,每个朝代或民族都有其独特的纹样图案。这些纹样记录了当时人民的生活风貌,体现了超越前人的审美情趣,也充分反映了时代经济、政治、文化的繁荣程度。为了传承和创新中国传统纹样,以数字化的技术手段实现其在空乘制服中的设计与运用。方法 以吉祥纹样这一具有代表性的中国传统纹样为研究对象,以文献研究和案例分析等方法阐述中国空乘制服的背景以及设计现状;从中国图案学和类型学的角度,对中国传统纹样的构成形式、色彩搭配、内涵寓意进行分析和归纳;运用数字化技术实现其在空乘制服上的创新应用。结论 将中国图案学、设计学、信息技术等学科进行交叉研究,可为具有中国吉祥纹样的空乘制服设计中的数字化运用及传播,提供多学科融合的研究路径与经验。     

飞行参数记录系统测试简介

飞行参数记录系统是重要的机载设备,本文应用功能测试法,对飞行参数记录测试系统进行了设计,实现了对飞参系统的测试,故障覆盖率高。该测试方法对其它飞参系统的测试具有推广价值。     

利用参照轨道要素设计卫星编队轨道

利用球面几何方法,引入参照轨道要素概念,给出其定义,并推导了用其描述的从星相对运动方程的精确形式。在主星偏心率为零时,根据编队飞行中相对轨道倾角很小的特点,对相对运动方程进行简化并分析相对运动的特征。设计了由一颗主星和六颗从星构成合成孔径静止侦察卫星的编队应用,给出编队队形特征和主星的轨道参数,从相对运动方程计算出编队中的六颗从星的轨道要素。数值仿真结果表明:简化的方程具有很高的精度,对编队队形设计问题完全适用。     

Stable hovering of a jellyfish-like flying machine

Ornithopters, or flapping-wing aircraft, offer an alternative to helicopters in achieving manoeuvrability at small scales, although stabilizing such aerial vehicles remains a key challenge. Here, we present a hovering machine that achieves self-righting flight using flapping wings alone, without relying on additional aerodynamic surfaces and without feedback control. We design, construct and test-fly a prototype that opens and closes four wings, resembling the motions of swimming jellyfish more so than any insect or bird. Measurements of lift show the benefits of wing flexing and the importance of selecting a wing size appropriate to the motor. Furthermore, we use high-speed video and motion tracking to show that the body orientation is stable during ascending, forward and hovering flight modes. Our experimental measurements are used to inform an aerodynamic model of stability that reveals the importance of centre-of-mass location and the coupling of body translation and rotation. These results show the promise of flapping-flight strategies beyond those that directly mimic the wing motions of flying animals.     

The influence of sensory delay on the yaw dynamics of a flapping insect

In closed-loop systems, sensor feedback delays may have disastrous implications for performance and stability. Flies have evolved multiple specializations to reduce this latency, but the fastest feedback during flight involves a delay that is still significant on the timescale of body dynamics. We explored the effect of sensor delay on flight stability and performance for yaw turns using a dynamically scaled robotic model of the fruitfly, Drosophila. The robot was equipped with a real-time feedback system that performed active turns in response to measured torque about the functional yaw axis. We performed system response experiments for a proportional controller in yaw velocity for a range of feedback delays, similar in dimensionless timescale to those experienced by a fly. The results show a fundamental trade-off between sensor delay and permissible feedback gain, and suggest that fast mechanosensory feedback in flies, and most probably in other insects, provide a source of active damping which compliments that contributed by passive effects. Presented in the context of these findings, a control architecture whereby a haltere-mediated inner-loop proportional controller provides damping for slower visually mediated feedback is consistent with tethered-flight measurements, free-flight observations and engineering design principles.