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基于环量控制的无尾飞翼俯仰和滚转两轴无舵面姿态控制飞行试验

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航空学报 2023年第18期44卷 70-79页

作者：张刘黄勇陈辅政朱正龙郭天豪姜裕标周铸中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

环量控制通过驱动压缩空气射流产生虚拟舵面实现无舵面飞行控制,显著提高低可探测性。基于无尾飞翼布局无人机,提出基于激励器终端压力反馈的闭环控制策略,自主开发机载多通道闭环控制射流作动系统,并与飞行控制系统进行融合,实现基于... 详细信息

环量控制通过驱动压缩空气射流产生虚拟舵面实现无舵面飞行控制,显著提高低可探测性。基于无尾飞翼布局无人机,提出基于激励器终端压力反馈的闭环控制策略,自主开发机载多通道闭环控制射流作动系统,并与飞行控制系统进行融合,实现基于主动射流的姿态闭环控制,通过60 m/s巡航速度下飞行试验,定量研究了环量控制用于俯仰和滚转姿态控制能力。结果表明:环量激励器通道组合产生双向连续、稳定的俯仰和滚转控制力矩;射流作动系统响应延迟小于0.02 s,射流作动无人机姿态角速度响应时间小于0.02 s;俯仰环量激励器压比−1.025与升降舵−2.5°舵偏角产生的俯仰力矩相当,滚转环量激励器压比1.050与副翼2.0°舵偏角产生的滚转力矩相当,并分别实现纵向和横向无舵面姿态控制。

关键词：环量控制主动流动控制飞行试验飞翼闭环控制射流作动系统

机翼变形的临近空间太阳能飞行器平稳升空方案

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国防科技大学学报 2019年第1期41卷 19-26页

作者：郭天豪侯中喜王鹏高俊国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

临近空间太阳能飞行器由于苛刻的能源平衡约束,往往具有大展弦比轻质结构,使得其在低空飞行时空速过低,飞行安全性受到了显著的挑战。为了实现该类飞行器在临近空间工作点与中低空爬升过程的气动性能匹配,提出了基于主动变形的太阳能飞... 详细信息

临近空间太阳能飞行器由于苛刻的能源平衡约束,往往具有大展弦比轻质结构,使得其在低空飞行时空速过低,飞行安全性受到了显著的挑战。为了实现该类飞行器在临近空间工作点与中低空爬升过程的气动性能匹配,提出了基于主动变形的太阳能飞行器升空方案。针对性地研究了可变形飞行器的气动和推进系统建模方法,在此基础上定量分析了不同飞行器构型俯仰、滚转和偏航三个通道稳定性和操纵性。给出了从地面到高空机翼逐渐展平的升空方案,并对升空过程中各高度所需平飞推力和功率进行了校核。结果显示,该方案可以有效提升飞行器中低空稳定性和操纵性,代价是增加了功率消耗。

关键词：临近空间太阳能飞行器可变形飞行器飞行稳定性飞行器机动性

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无人机飞行品质评价研究

无人机飞行品质评价研究

作者：郭天豪国防科学技术大学

学位级别：硕士

飞行品质主要指飞行器的稳定性与操纵性,在设计、研发、测试和使用中拥有非常重要的规范和指导作用。与无人机的繁荣发展形成鲜明对比的是,无人机飞行品质规范发展缓慢。如何界定、如何计算、如何评价无人机的飞行品质,至今仍然没有系... 详细信息

飞行品质主要指飞行器的稳定性与操纵性,在设计、研发、测试和使用中拥有非常重要的规范和指导作用。与无人机的繁荣发展形成鲜明对比的是,无人机飞行品质规范发展缓慢。如何界定、如何计算、如何评价无人机的飞行品质,至今仍然没有系统的理论与实践依据。本文研究了无人机与有人驾驶飞机在飞行品质相关方面存在的巨大差异。将无人机按照操控模式分为遥控与自控两种,综合考虑了其操纵过程的各个环节,分别建立了由操纵直接输入到飞行状态输出的系统模型,在此基础上研究了其飞行品质的计算与评价方法,最后考察了飞行控制系统作用下关键气动布局对飞行品质的影响。对于遥控无人机,将其操纵过程的结构进行了分析并与有人驾驶飞机的操纵作了对比,论证了参考有人驾驶飞机规范来评价的可行性。指出进行评价的模型不能仅是本体动力学模型,而应该从直接操纵量即遥控操纵杆位移算起,考虑操纵各个环节的动态响应特性。在此基础上建立了飞行品质模型。由于参考的规范均采用等效系统参数,研究了基于模式搜索法的无人机低阶系统频域拟配方法。在参考规范的基础上,做了针对遥控无人机的适应性修改,从而建立了遥控无人机飞行品质的评价体系,给出了评价流程。对于自控无人机,研究了本体动力学模型非线性的处理方法,以经典PID控制为例介绍了飞行控制系统的结构特征与参数整定方法,探讨了PID参数的自适应性问题。飞行控制系统的加入导致无人机飞行品质的评价体系不能参考现有规范,研究并改进了基于任务科目单元(MTE)的飞行品质评价策略,提出了基于MTE品质表的飞行品质等级评价方式。给出了飞行品质评价流程。通过在某型无人机的基础布局上,改变平尾、垂尾、上反角等传统飞行品质最为敏感的气动布局部件,考察了加入飞行控制系统后,这些布局变动对无人机动态响应的影响的大小和趋势。

关键词：无人机飞行品质飞行控制系统等效系统任务科目单元

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静不稳定无人机控制系统增稳评估

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第S1期41卷 459-462页

作者：郭天豪侯中喜王鹏吴岸平国防科学技术大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

针对无人机与有人机在飞行品质概念上的差异,探讨了无人机飞行品质的评估方法.运用小扰动线性化理论建立纵向静稳定、临界静稳定、静不稳定三种无人机布局,对比其纵向受扰后俯仰角响应,分析纵向静稳定性导数对无人机本体飞行品质的影响... 详细信息

针对无人机与有人机在飞行品质概念上的差异,探讨了无人机飞行品质的评估方法.运用小扰动线性化理论建立纵向静稳定、临界静稳定、静不稳定三种无人机布局,对比其纵向受扰后俯仰角响应,分析纵向静稳定性导数对无人机本体飞行品质的影响.分别加入俯仰角控制与增稳系统,考察无人机在自动控制系统下的纵向动态响应.仿真结果表明:自控系统的加入使得静不稳定的无人机在正常飞行时也能具有良好的稳定性.

关键词：无人机静稳定性飞行品质控制系统动态响应

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基于神经网络逆模型辨识的舵机云台控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第S1期41卷 13-16页

作者：吴岸平侯中喜王鹏郭天豪国防科学技术大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

设计了一种小型舵机云台的控制方法,它利用无人机上已有的传感器信息,结合目标点的GPS坐标,计算得到云台指向所需的摄像机俯仰角和方位角,采用舵机作为执行机构,完成对目标点的跟踪观测.针对舵机执行控制指令时的延时问题,提出了基于神... 详细信息

设计了一种小型舵机云台的控制方法,它利用无人机上已有的传感器信息,结合目标点的GPS坐标,计算得到云台指向所需的摄像机俯仰角和方位角,采用舵机作为执行机构,完成对目标点的跟踪观测.针对舵机执行控制指令时的延时问题,提出了基于神经网络的逆模型辨识方法,利用通过外围测量设备得到的系统输入/输出时间序列,采用离线方法对神经网络进行训练,得到系统的逆模型,从而根据期望输出修正系统的控制输入.仿真结果表明:该方法能有效辨识出系统的逆模型,对控制输入修正后能基本消除舵机环节的延时,从而提高云台指向精度.

关键词：无人机舵机云台目标跟踪指向控制神经网络逆模型辨识

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无人机自驾仪硬件加固方案设计与可靠性分析

国防科技大学学报 2015年第5期37卷 97-103页

作者：郭天豪侯中喜姜晶菲姜汉卿国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

自驾仪是无人机实现自主飞行与自主完成各项任务的核心器件。现有商用无人机自驾仪大多没有进行硬件加固,直接用来执行重大任务时有一定风险。通过分析可知自驾仪组成模块中对安全性和可靠性影响最大的模块为控制解算器。根据逐步提高... 详细信息

自驾仪是无人机实现自主飞行与自主完成各项任务的核心器件。现有商用无人机自驾仪大多没有进行硬件加固,直接用来执行重大任务时有一定风险。通过分析可知自驾仪组成模块中对安全性和可靠性影响最大的模块为控制解算器。根据逐步提高的容错需求,使用复位器、计数器、反相器、选择器等简单器件以及在芯片内部添加简单代码,分别设计了单机复位加固方案、双机热备加固方案、硬件切换和软件切换双机互备加固方案。重点研究了加固方案的可靠性随时间的变化关系,并进行了对比分析。对加固方案的工作机制进行了模拟,分析了这些方案在处理故障时的系统异常输出时间等容错特性。计算表明,这些加固方案可以显著提高系统的可靠性,其中双机互备加固方案的可靠性最高。该研究对于指导高可靠性自驾仪设计时在容错效果与复杂度、成本等方面进行折中具有较大的参考意义。

关键词：自驾仪控制解算器硬件加固容错设计可靠性增长

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民机极限飞行状态的非定常气动力建模

航空学报 2021年

作者：岑飞刘志涛蒋永郭天豪张磊孔轶男中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素，飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围，进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。选择具有布局典型性的CRM民机标模，开展极限飞行状态大振幅振荡测力实验，获得... 详细信息

飞行失控是造成民机灾难性航空事故的重要因素，飞行失控中飞机难以避免超出正常飞行包线范围，进入具有复杂非线性和非定常动态气动特性的极限飞行状态。选择具有布局典型性的CRM民机标模，开展极限飞行状态大振幅振荡测力实验，获得极限飞行状态非定常气动力数据；基于大迎角流动分离物理机理和Goman状态空间建模方法，提出了针对大型民机极限飞行状态的非定常气动力模型及并验证了模型的泛化能力；将非定常气动力模型与飞机运动方程结合，形成非定常气动力/非线性运动状态方程组，进行气动/运动耦合分岔分析，预测了极限飞行状态飞机非线性运动，最后利用风洞模型飞行实验进行极限飞行状态动力学特性验证。结果表明，在民机非定常气动力建模中，改进状态空间模型结构，针对机翼和平尾，分别引入反映其空间流场特征的状态变量，改进后的模型实现了民机纵向非定常气动力建模，尤其是解决了俯仰力矩非定常建模问题，模型具有良好的泛化能力；结合非定常气动力模型和飞机运动方程进行的极限飞行状态非线性运动分岔分析，可以准确预测极限环振荡等非线性运动；通过风洞模型飞行实验，准确复现和验证了极限飞行状态飞行动力学特性的发展演化，实现了非定常气动力建模和非线性飞行动力学分析结果的实验验证。研究方法和结果为民机极限飞行状态的气动与运动特性的建模分析提供了一个可行途径，从而改进飞机飞行失控预防、极限状态改出、飞行模拟训练和飞行事故分析等。

关键词：民机极限飞行状态 Goman-Khrabrov模型分岔分析模型飞行实验

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医患之痛

四川统一战线 2002年第12期 33-35页

作者：郭天豪

●今年,中华医院管理学会对全国326所医院进行抽样调查,结果显示,医患纠纷发生率高达98.4％。发生医患纠纷后,73.5％的病人及其家属曾发生扰乱医院工作秩序的过激行为,导致医务人员受伤的有34.46％。

关键词：《医疗事故处理条例》医患纠纷医务人员举证责任倒置医疗改革《条例》保险公司医疗机构医疗执业风险医生

Levy噪声驱动下基于三稳态随机共振理论降低2FSK信号误码率的研究

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应用力学学报 2021年第6期38卷 2224-2229页

作者：令璐璐王辅忠信雅芯张亚麟郭天豪天津工业大学物理科学与技术学院天津300387

基于Levy噪声下2FSK信号接收误码率较高的问题,设计了一种在Levy噪声背景下基于三稳态随机共振系统来降低2FSK信号误码率的新方法,并与2FSK信号包络检波解调传统模型作对比。实验结果表明:信号在经过随机共振系统后,载波信号1和载波信号... 详细信息

基于Levy噪声下2FSK信号接收误码率较高的问题,设计了一种在Levy噪声背景下基于三稳态随机共振系统来降低2FSK信号误码率的新方法,并与2FSK信号包络检波解调传统模型作对比。实验结果表明:信号在经过随机共振系统后,载波信号1和载波信号2的频谱幅值均大幅提升,相比传统方法分别提升了98.7%、79.2%,对应两支路信噪比分别提升了6.17 dB和5.61 dB,误码率相比于传统模型降低了7%。

关键词： 2FSK信号 Levy噪声随机共振非线性三稳系统信噪比误码率