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一种直升机运动模态中纵横向耦合分析方法

航空动力学报 2017年第7期32卷 1639-1647页

作者：陈元陈仁良南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016

提出了一种定量分析直升机纵横向耦合特性的方法,包括运动模态中状态量间耦合作用的幅值特性、时间特性和积分特性。幅值特性描述耦合作用的相对强弱,时间特性描述耦合作用起增强/减弱作用的时间比例,积分特性描述耦合作用引起状态量发... 详细信息

提出了一种定量分析直升机纵横向耦合特性的方法,包括运动模态中状态量间耦合作用的幅值特性、时间特性和积分特性。幅值特性描述耦合作用的相对强弱,时间特性描述耦合作用起增强/减弱作用的时间比例,积分特性描述耦合作用引起状态量发散/收敛的快慢。将该方法应用于"美洲豹"直升机悬停状态的典型纵向振荡模态,对比分析了该运动模态纵横向分离和纵横向耦合情况下状态量之间的耦合特性。分析发现,纵横向耦合使得横向速度和滚转角速度对俯仰角速度产生耦合,耦合强度是纵向速度对俯仰角速度耦合作用的近3倍,并加快了俯仰角速度的发散。纵横向耦合显著改变了该运动模态的耦合特性,进而影响了其稳定性。

关键词：直升机飞行动力学悬停耦合运动模态

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倾转旋翼飞行器运动模态特性研究

倾转旋翼飞行器运动模态特性研究

作者：王梓旭南京航空航天大学

学位级别：硕士

倾转旋翼飞行器是将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器,通过左右两侧短舱带动旋翼倾转,实现从直升机模式、倾转过渡模式到固定翼飞机模式转换。倾转旋翼飞行器兼顾固定翼飞机和直升机的优点,具有垂直起降、悬停、高速及大航程等... 详细信息

倾转旋翼飞行器是将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器,通过左右两侧短舱带动旋翼倾转,实现从直升机模式、倾转过渡模式到固定翼飞机模式转换。倾转旋翼飞行器兼顾固定翼飞机和直升机的优点,具有垂直起降、悬停、高速及大航程等飞行能力,但倾转旋翼飞行器相比与传统直升机涉及到操纵冗余、气动干扰计算困难、运动模态复杂多变等问题,因而对倾转旋翼飞行器的运动模态和飞行特性的研究十分重要。为此,本文建立了倾转旋翼飞行器全飞行模式的非线性飞行动力学模型,通过与试飞数据、文献的配平和操纵响应结果的对比,验证模型准确性,并基于小扰动线化理论得到线化模型,对全包线模式的稳定性和运动模态进行研究。本文建立的全飞行模式飞行动力学模型,考虑了旋翼和机翼之间的气动干扰问题,在操纵冗余问题上建立了全飞行包线的操纵分配数学模型,并以XV-15倾转旋翼机为样例,验证了文本建立的飞行动力学模型的准确性。利用本文所建模型计算了XV-15倾转旋翼机的倾转过渡走廊,并分析了不同短舱倾转角和前后重心对倾转旋翼机的配平特性。针对不同飞行模式,基于配平计算得到的稳定状态,采用小扰动假设得到线化模型,对不同飞行模式的静稳定性导数、运动阻尼、运动模态以及前后重心对倾转旋翼机运动模态的影响进行了研究,摸清了各运动模态的机理和运动形式,为后续在倾转旋翼飞行器的工程设计及研究提供参考。

关键词：倾转旋翼飞行器飞行动力学建模飞行特性稳定性导数运动模态

水面无人艇运动模态实时监测系统设计的初步研究

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水面无人艇运动模态实时监测系统设计的初步研究

作者：杨旺林江苏科技大学

学位级别：硕士

USV的巨大潜力使得世界上多个国家对USV的研究日益火热。在高度动态和不可预测的海洋环境里,为了提高水面无人艇自身安全性及执行任务的可靠性,对无人艇运动模态的实时监测很有必要。本文提出了水面无人艇运动模态实时监测系统的概念,... 详细信息

USV的巨大潜力使得世界上多个国家对USV的研究日益火热。在高度动态和不可预测的海洋环境里,为了提高水面无人艇自身安全性及执行任务的可靠性,对无人艇运动模态的实时监测很有必要。本文提出了水面无人艇运动模态实时监测系统的概念,有机结合多项硬件、软件系统构建了水面无人艇运动模态实时监测系统,对水面无人艇稳性、快速性、操纵性、耐波性等四项性能进行实时监测。设计并制作了一艘含有防飞溅条的新型水面无人艇,通过系列试验对所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统分别进行了各项分系统、总系统的验证。根据该系统的设计思路制定了系统成功判定标准,并结合试验具体情况,判定所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统工作正常,系统设计成功。具体工作如下:(1)就构建USV运动模态实时监测系统所要涉及到的方法、原理、硬件仪器、所需条件等方面,结合市场调查和大量的文献查找,进行了论证。论证结果表明本文设计的USV运动模态实时监测系统原理正确、方案可行。(2)提出了新型水面无人艇的选型依据和创新性设计,完成了艇模制作。分别给出了推进系统和操纵系统的详细设计和计算过程,确定了合适的主机、轴系、螺旋桨、舵叶和舵机。(3)构建了USV运动模态实时监测硬件系统。采用PAC作为艇载核心控制器,导航定位系统由DGPS和三维电子罗盘组成,姿态测量系统由激光测距传感器、微惯导系统姿态测量仪MTi构成,数据传输采用无线数传电台,能源系统主要采用24V磷酸铁锂蓄电池及变压器和1.5V5#电池组,数据分析系统采用PC电脑。笔者对各类设备和传感器的工作原理进行了较为详细的阐述,通过反复测试,该硬件监测系统可以满足需求。(4)构建了USV运动模态实时监测软件系统。包括:建立了USV稳性、快速性、操纵性、耐波性相关运动数学模型,基于遗传算法确立了快速性、操纵性、耐波性等性能研究的系统辨识模型并基于VB 6.0改编了系统辨识程序;基于***语言编写了USV运动控制、数据采集、数据传输等程序。对USV运动模态实时监测系统进行了试验验证。由于USV设备布置固定后,在航行过程中重量重心不会发生变化,故初稳性高度不会发生变化,所以对于水面无人艇稳性性能的实时监测以倾斜试验结果作为参考,文中通过倾斜试验计算得出了初稳性高度。分别进行了水面无人艇快速性、耐波性、操纵性各分系统的实时监测试验,验证了各分项监测系统能对所涉性能进行正常的实时监测。最后通过模拟USV在任务执行中可能会出现的航行情况,进行了水面无人艇运动模态实时监测系统总的试验验证。试验结果表明,所设计的水面无人艇运动模态实时监测系统成功。

关键词：新型水面无人艇运动模态模型试验系统辨识实时监测

仿蛇搜救机器人关节性能分析与运动模态拓展研究

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仿蛇搜救机器人关节性能分析与运动模态拓展研究

作者：吴春成北京化工大学

学位级别：硕士

仿蛇搜救机器人具备多种运动模态,其多地形适应能力优于履带式、足式、飞行搜救机器人,在灾难搜救工作中具有广阔应用前景。关节机构和运动模态一直是仿蛇机器人研究工作中的热点和难点。然而目前对关节机构的研究仅停留在活动度和工作... 详细信息

仿蛇搜救机器人具备多种运动模态,其多地形适应能力优于履带式、足式、飞行搜救机器人,在灾难搜救工作中具有广阔应用前景。关节机构和运动模态一直是仿蛇机器人研究工作中的热点和难点。然而目前对关节机构的研究仅停留在活动度和工作空间层面,对运动模态的研究注重稳定性忽略了机动性。针对关节机构性能研究不深入、运动模态缺乏机动性问题,本文以采用仿生并联关节和正交主动轮的仿蛇搜救机器人为研究对象,对其关节性能和运动模态进行深入研究,主要内容为：1、从生物蛇运动机理出发,研究一种用于仿蛇搜救机器人的仿生并联关节。采用旋量系与互易旋量系理论,对仿生并联关节运动约束特点进行分析。结合旋量代数结构与牛顿-欧拉法建立仿生并联关节动力学模型,在此基础上研究运动过程中各运动副和构件受力特性。2、针对仿生并联关节少自由度和支链变形特点,研究其在可达工作空间内灵巧性和静刚度分布。在运动学分析基础上以驱动雅可比矩阵条件数构建仿生并联关节灵巧性指标。考虑关节中约束支链弯曲变形和驱动支链弹性变形,利用变形协调条件和虚功原理建立仿生并联关节刚度模型,然后分析线刚度和角刚度分布规律。3、针对仿蛇搜救机器人蜿蜒运动在含有斜坡和柱体的地形中运动效率低问题,结合正交主动轮机动性和仿生并联关节自锁特性,拓展研究新型轮式运动模态。基于旋量理论建立仿蛇搜救机器人动力学模型,通过分析转弯、柱体爬升运动模态中的运动约束特性,简化适用于控制的动力学方程。

关键词：仿蛇搜救机器人仿生并联关节刚度运动模态动力学

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飞机沉浮运动模态特性的飞行试验研究

飞行力学 1984年第3期 94-101页

作者：田强 630所

本文在飞机飞行试验的基础上,研究了飞机沉浮运动模态特性及其简化的数学模型,并对试飞结果进行了简要的分析与讨论。

关键词：飞机短周期经济周期试飞飞行试验模态特性运动模态

倾转旋翼飞行器运动稳定性变化规律及其影响机理

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航空动力学报 2024年

作者：王梓旭李攀王冰朱振华刘诚南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

为摸清运动模态稳定性变化规律，以XV-15为例，深入分析了短舱倾转角、飞行速度、旋翼/机翼气动干扰等因素对运动模态特征根、特征向量、稳定性导数等影响规律及产生机理。研究表明，旋翼倾转对主要运动模态特征根、荷兰滚和纵向长周期... 详细信息

为摸清运动模态稳定性变化规律，以XV-15为例，深入分析了短舱倾转角、飞行速度、旋翼/机翼气动干扰等因素对运动模态特征根、特征向量、稳定性导数等影响规律及产生机理。研究表明，旋翼倾转对主要运动模态特征根、荷兰滚和纵向长周期模态特征向量产生显著影响，其背后主要影响因素是机体角速度在旋翼坐标系投影、旋翼桨盘与飞行速度夹角和旋翼桨毂中心距重心距离等因素随短舱倾角成正弦或余弦变化。在低速飞行时，旋翼/机翼间气动干扰恶化了纵向长周期模态的不稳定性，但随短舱倾转角减小和飞行速度增加，稳定性得以改善。为能倾转过渡路径选择提供指导，提出了倾转走廊内运动稳定性综合评估指标，基于等值图直观反映出运动稳定性的综合变化规律。

关键词：倾转旋翼飞行器稳定性运动模态根轨迹稳定性导数特征向量

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抬升角对食蚜蝇飞行动稳定性的影响

北京航空航天大学学报 2021年第7期47卷 1372-1378页

作者：许娜周帅至牟晓蕾烟台大学机电汽车工程学院烟台264005 烟台大学土木工程学院烟台264005

抬升角的存在对昆虫飞行时的气动力会产生不同程度的影响,其对昆虫飞行动稳定性的影响也非常值得探索。首先,求解Navier-Stokes方程得到了有抬升角时食蚜蝇的纵向与横向稳定性导数;然后,用特征模态分析法研究其动稳定性。结果表明:有抬... 详细信息

抬升角的存在对昆虫飞行时的气动力会产生不同程度的影响,其对昆虫飞行动稳定性的影响也非常值得探索。首先,求解Navier-Stokes方程得到了有抬升角时食蚜蝇的纵向与横向稳定性导数;然后,用特征模态分析法研究其动稳定性。结果表明:有抬升角时,在侧向来流作用下食蚜蝇的滚转力矩对应的导数比无抬升角时明显减小,而其余导数无明显变化,导数减小是由于抬升角的存在使得有侧向来流时因左右翅举力不同产生的正向滚转力矩数值明显减小,而由侧向力产生的负向滚转力矩数值略有增大,从而使得其总的负向滚转力矩数值增大;但有侧向来流时滚转力矩所对应导数的减小并未引起食蚜蝇飞行动稳定性的改变,其纵向和横向的特征模态仍与无抬升角时相同。

关键词：抬升角食蚜蝇飞行动稳定性 Navier-Stokes方程运动模态

旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机操稳特性研究

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哈尔滨工业大学学报 2009年第7期41卷 144-149页

作者：王宏强王道波段海滨南京航空航天大学自动化学院南京210016 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

考虑旋翼下洗气流影响及涵道环括作用,将Pitt/Peter动态入流模型推广到旋翼/涵道风扇升力系统建模中,结合风扇/涵道机身组合吹风试验数据,建立了实用的旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机全量数学模型.以据非线性模型得到的小扰动模型为基础... 详细信息

考虑旋翼下洗气流影响及涵道环括作用,将Pitt/Peter动态入流模型推广到旋翼/涵道风扇升力系统建模中,结合风扇/涵道机身组合吹风试验数据,建立了实用的旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机全量数学模型.以据非线性模型得到的小扰动模型为基础,深入研究了旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机不同前飞速度下的飞行动力学特性,包括稳定特性、操纵响应特性及耦合特性,并与常规布局直升机进行了对比.分析结果表明,旋翼/涵道风扇共轴式在横航向运动模态的稳定特性及操纵响应的耦合特性上具有明显区别于常规布局直升机的飞行动力学特性.所得结论与该型直升机实际飞行特性一致.

关键词：涵道风扇共轴式直升机动态入流运动模态稳定性和操纵性耦合特性

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平流层飞艇飞行模态分析

国防科技大学学报 2015年第4期37卷 57-64页

作者：杨跃能郑伟闫野邵汉斌国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

平流层飞艇的总体布局、升空原理和工作模式明显不同于导弹、飞机等传统飞行器,其动力学特性亦不同于上述飞行器,须深入研究其飞行动力学的基本特性、一般规律和内在机理。针对此问题,系统研究了平流层飞艇的飞行模态。采用小扰动方法... 详细信息

平流层飞艇的总体布局、升空原理和工作模式明显不同于导弹、飞机等传统飞行器,其动力学特性亦不同于上述飞行器,须深入研究其飞行动力学的基本特性、一般规律和内在机理。针对此问题,系统研究了平流层飞艇的飞行模态。采用小扰动方法推导了平流层飞艇的线性运动方程,将其解耦分组为纵向运动方程和横侧向运动方程;定义模态及模态参数,研究平流层飞艇的模态分析方法;通过计算分析状态方程的特征值和特征向量,研究了平流层飞艇的飞行模态。结果表明:纵向运动由浮沉、浪涌和摆动三种模态叠加而成,横侧向运动由偏航衰减、侧滑衰减和滚转振荡三种模态叠加而成。

关键词：飞行力学平流层飞艇运动方程运动模态特征向量