微型涵道飛行器的設(shè)計(jì)與控制研究.pdf

1、微型飛行器(Micro Air Vehicle，MAV)在軍民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為一個(gè)國際性熱點(diǎn)課題和研究前沿。微型涵道飛行器是微型飛行器研究中的一個(gè)重要分支，它可以懸停、垂直起降和前飛，且安全性高、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲低。本文的主要內(nèi)容是微型涵道飛行器的設(shè)計(jì)與控制研究，包括微型涵道飛行器的設(shè)計(jì)、低雷諾數(shù)氣動(dòng)特性研究、非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性研究、自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)研究。
　　針對涵道飛行器一般只能以直升機(jī)模式低速前飛，設(shè)計(jì)了

2、一種能以飛機(jī)模式快速前飛的新型可傾轉(zhuǎn)有翼微型涵道飛行器。該涵道飛行器設(shè)計(jì)有固定機(jī)翼，且涵道和機(jī)翼外形設(shè)計(jì)綜合考慮了低速飛行和快速飛行的性能要求，機(jī)翼縱向位置設(shè)計(jì)考慮了不同螺旋槳轉(zhuǎn)速、前飛速度、迎角等運(yùn)動(dòng)參數(shù)對俯仰力矩的影響。
　　采用數(shù)值計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)的方法研究了微型涵道飛行器低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)特性，分析了各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對微型涵道飛行器氣動(dòng)特性的影響。在數(shù)值計(jì)算過程中，螺旋槳模擬采用動(dòng)量源方法。采用基于非結(jié)構(gòu)嵌套網(wǎng)格技術(shù)的數(shù)值計(jì)算方

3、法計(jì)算了微型涵道飛行器的動(dòng)阻尼導(dǎo)數(shù)。研究結(jié)果表明:微型涵道飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)特性具有顯著的非線性和非定常特性。微型涵道飛行器不僅可以懸停，垂直起降和以直升機(jī)模式低速前飛，而且能以飛機(jī)模式快速前飛，并在整個(gè)飛行包線中具有良好的氣動(dòng)特性。
　　微型涵道飛行器非線性飛行力學(xué)模型研究是微型涵道飛行器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。微型涵道飛行器由于包線大、尺寸小、速度低和氣動(dòng)布局特殊，其飛行動(dòng)力學(xué)特性具有顯著的非線性和非定常特性。建立了微型涵道飛行

4、器的飛行力學(xué)模型，計(jì)算了它的基本性能和配平曲線，研究了它在整個(gè)飛行包線內(nèi)的非線性飛行力學(xué)特性，為飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　由于微型飛行器具有顯著的非線性和非定常飛行力學(xué)特性，傳統(tǒng)的控制方法已不能滿足要求。針對這一問題，研究了基于動(dòng)態(tài)逆和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)。該飛行控制系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)逆控制器、PD補(bǔ)償器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器和偽控制補(bǔ)償器組成。在仿真過程中，考慮了非定常大氣擾動(dòng)對微型涵道飛行器的影響。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的