变体飞行器控制技术发展现状与展望

变体飞行器可利用变形结构改变气动外形以适应复杂的环境和任务需求,在军事和民用领域均具有极高的发展潜力和应用价值。围绕变体飞行器控制技术这一难度高、发展快、应用前景广阔的研究方向,综述了变体飞行器控制技术的主要研究成果和国内外最新研究进展。首先,结合变体飞行器的发展历程,介绍了变体飞行器的研究背景与意义,指出开展变体飞行器控制技术研究的重要性。其次,对变形决策技术、控制系统建模技术和姿态控制技术等研究成果进行总结与分析。最后,对变体飞行器控制技术的未来研究方向进行了展望。     

变体飞行器技术

当前,民用和军事领域都对飞行器提出了更高的要求,要求新一代飞行器能够在变化很大的飞行环境(高度、马赫数等)下和在执行多种任务(如起降、巡航、机动、盘旋、攻击等)时始终保持良好性能.固定外形的飞行器难以满足这个要求.     

变体飞行器蒙皮材料与结构研究综述

变体飞行器最为重要的技术特征就是结构在变形过程中翼面保持光滑、连续和无缝,而变形蒙皮技术是保证该技术特征的关键。以变形方式和年代为主线详细地总结了变形蒙皮材料与结构的发展现状和未来趋势。从早期的"鱼鳞叠片"式传统滑动变形蒙皮到现在的复合式柔性变形蒙皮,可以看出复合化是变形蒙皮未来发展的必然趋势。     

用于飞行器动态控制系统的偏航速率传感器

自１９９５年初以来，ＲｏｂｅｒｔＢｏｓｃｈ开始了飞行器动态控制系统的生产。本文将介绍这一系统的关键部件－偏航速率传感器。     

基于布谷鸟搜索算法的一类变体飞行器容错控制

针对一类存在执行机构故障的分布式结构变体飞行器的控制分配问题,结合整数规划理论,提出一种基于布谷鸟搜索算法的容错控制方法。首先,设计虚拟控制指令,使得系统状态能够很好地跟踪参考模型;然后,将执行器概率性故障与饱和约束转换为整数规划问题中决策变量的约束,从而将执行器控制分配问题转化为一类整数规划问题;最后,采用改进的布谷鸟搜索算法进行求解,得到实际的执行器控制分配指令。仿真结果表明,在执行器存在概率性故障的情况下,该容错控制方法较无容错策略的情况能够有效提升系统的跟踪性能;与遗传算法相比,该算法得到的执行器控制分配结果更加精确。     

超声电机在变体飞行器创新效应器中的应用

从变体飞行器驱动的关键技术入手,对基于超声电机的变体飞机创新效应器进行了研究,包括基于超声电机的创新效应器的组成、工作原理及优点,为用于变体飞行器的创新效应器工程化研究奠定了基础。     

用于变体飞行器的波纹板等效强度模型及其优化设计

变体飞行器的结构既需要改变气动外形,也需要传递载荷。针对一种变体翼尖的设计需要,使用能量方法,构建了等效力学模型。在实现对波纹板刚度特性等效替代的同时,获得了波纹板整体应变与结构内局部应变的转换关系,从而可以通过对波纹板局部材料进行失效判定,实现对波纹板整体失效应变的预测;经过实验验证,该等效力学模型的解析解与实验值相比平均误差在10%以内。通过对波纹板几何尺寸进行参数分析,获得了单元几何参数对波纹板失效应变和等效刚度的影响关系。最终,针对变体飞行器承载与变形的设计需要,对波纹板进行了优化设计,进一步评估了波纹板结构的强度与刚度特性,为变体翼尖的设计提供了依据。     

变体飞行器结构振动特性研究

作为变体飞行器方案之一的折叠翼能使机翼面积发生200%的改变,在飞行中机翼面积发生如此大的变化,会使飞行器的动力学特性复杂化.所以对机翼动力学特性有个清晰的了解是很必要的.在本文中,首先用MSC/PATRAN建立了折叠翼的有限元模型,然后用NASTRAN求解出折叠翼在各折叠角下的主要振动模态.在此基础上对各折叠角下铰链刚度对动力学特性的影响进行了研究.我们发现这种结构上的革新使得机翼动力学特性与固定翼飞机有很大不同.尤其是铰链的存在造成了刚度分布的变化,这使得机翼扭转的动力特性发生了很大变化.     

智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望

变体飞行器可以根据不同的飞行条件改变自身形状以获得最优的气动性能,大大提高飞行器的综合性能,是未来飞行器发展的重要方向之一。新型智能材料和结构具有驱动、变形、承载、传感等特点,为变体飞行器的设计提供了新的技术途径。本文根据不同可变形机翼结构分类,详细阐述了智能材料和结构在自适应结构、智能驱动器和变形蒙皮等方面的研究现状。变体飞行器的实现亟需解决变形/承载一体化蒙皮技术、轻质大输出力驱动器技术和自适应结构技术等关键技术,本文还对智能材料和结构未来在变体飞行器上的应用前景进行了展望。     

变体飞行器智能材料驱动器和柔性蒙皮研究进展

变体飞行器需要改变气动外形以在不同的工况下获得最佳的气动性能,智能材料驱动器和柔性蒙皮是变体飞行器的关键技术。智能材料具有质量轻、结构简单、驱动力大等优点,柔性蒙皮可满足大变形、承受局部气动载荷的要求,二者均具有非常好的应用前景。本文阐述了形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料驱动器的研究进展,分析了基于材料弹性和基于结构的柔性蒙皮发展现状。对智能材料驱动器和柔性蒙皮研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

变体飞机设计的主要关键技术

针对变体飞机的特点,分析了其在设计中出现的诸多新的技术难点,对拟解决的主要关键技术,包括变体飞机不同于常规固定构型飞机的总体及气动协调设计、机翼智能结构设计、可控性设计与飞行控制系统设计等进行了详细介绍。研究结果对于变体飞机的设计具有一定参考价值。     

变体飞机的研究进展及其关键技术

简述了变体飞机的发展过程及研究现状,分析了几种典型的变体机翼及其变体方式,提出了发展变体飞机亟待解决的若干关键技术问题,并给出了一些解决问题的方法和途径,最后对变体飞机的未来发展和应用进行了展望.     

折叠机翼变体飞机非对称变形控制效率分析

折叠机翼变体飞机变形量大,变形引起的气动参数变化显著,提出一种将非对称变形作为操纵输入的控制方案,研究非对称变形的控制效率和有效区间。首先建立能够完整描述变形过程的非线性动力学方程和气动力模型;然后基于非对称变形控制方法建立一种非对称变形操纵模型;最后通过与常规操纵面效率对比和仿真的动态响应总结出非对称变形操纵的最大变形操纵有效区间。结果表明:在较低飞行速度下非对称变形操纵效率高,非对称变形操纵能够在基准折叠角度90°附近提供最高的滚转操纵效率。     

A Distributed Coordinated Control Scheme for Morphing Wings with Sampled Communication

To investigate the control of morphing wings by means of interacting effectors, this article proposes a distributed coordinated control scheme with sampled communication on the basis of a simple morphing wing model, established with arrayed agents. The control scheme can change the shape of airfoil into an expected one and keep it smooth during morphing. As the interconnection of communication network and the agents would make the behavior of the morphing wing system complicated, a diagrammatic stability analysis method is put forward to ensure the system stability. Two simulations are carried out on the morphing wing system by using MATLAB. The results stand witness to the feasibility of the distributed coordinated control scheme and the effectiveness of the diagrammatic stability analysis method.     

变形飞机机翼折叠机构设计及折叠角度测量

针对变形飞机机翼变形机构的设计要求,设计由舵机、蜗轮蜗杆机构、平行四边形机构组合而成的机翼变形机构,并设计基于三轴加速度计和DSP处理器的机翼折叠角度的测量算法和控制系统。利用加速度计分别求得机身和机翼相对于参考坐标系的角度,相减即得机身平面与机翼的夹角,制作一架小型折叠翼飞机模型对测量算法进行验证。结果表明：机翼能够稳定折叠在任一给定角度,测量算法准确,机翼实际折叠角度误差在可接受的范围内。     

智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望简

 变体飞行器可以根据不同的飞行条件改变自身形状以获得最优的气动性能,大大提高飞行器的综合性能,是未来飞行器发展的重要方向之一。新型智能材料和结构具有驱动、变形、承载、传感等特点,为变体飞行器的设计提供了新的技术途径。本文根据不同可变形机翼结构分类,详细阐述了智能材料和结构在自适应结构、智能驱动器和变形蒙皮等方面的研究现状。变体飞行器的实现亟需解决变形/承载一体化蒙皮技术、轻质大输出力驱动器技术和自适应结构技术等关键技术,本文还对智能材料和结构未来在变体飞行器上的应用前景进行了展望。     

Z型翼变体飞机的纵向多体动力学特性

机翼变形时,变体飞机的翼面积、惯性特性、全机焦点和重心位置等均会发生较大的变化,从而引起飞机的动态特性也随之改变。为此对机翼变形过程中的Z型翼变体飞机进行了纵向多体动力学建模仿真;推导了变形过程中变体飞机的六自由度非线性动力学方程,并通过简化得到了解耦后的纵向动力学方程。机翼折叠动态过程的气动特性数值模拟结果表明,不同折叠角速度下飞机的气动力相差不大。在机翼折叠角速度较小且忽略非定常气动效应的情况下,采用气动力准定常假设对变形过程中不同机翼折叠角速度下变体飞机的纵向响应进行了数值仿真,并研究了重心位置移动和气动特性变化对飞机变形过程动态特性的影响规律。结果表明,折叠过程中气动特性的变化是影响飞机动态特性的主要因素,机翼折叠后飞机的速度和迎角增加,且飞行高度下降较大。     

变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析

绝大多数变体飞机形式都不是"突然出现"的全新概念,而是来源于相关技术在过去近百年里的长期积累。因此,特定变体飞机形式及其技术既可广泛用于与其历史发展密切相关的有人驾驶飞机,也可用于总体特性类似的无人驾驶飞机。本文剖析了部分变体飞机形式的技术发展渊源,分析了变体飞机发展和无人机的关系,并指出了多种变体飞机在具体机型上的应用前景。