摘要：针对倾转四旋翼飞行器总体设计和飞行动力学建模时难以准确快速评估旋翼间气动干扰的问题,发展基于涡管尾迹模型的多旋翼气动干扰快速分析方法。基于经典涡流理论假设,将各副旋翼尾迹涡系抽象为一根半无限长的涡管,推导旋翼涡管尾迹对空间任意一点诱导速度的半解析解,形成多旋翼间气动干扰的高效计算方法,并与旋翼自诱导速度的动态入流模型结合,建立准确高效的多旋翼诱导速度计算模型。在此基础上,采用共轴和纵列式双旋翼拉力-功率性能曲线的风洞试验结果验证模型。最后,针对某倾转四旋翼飞行器缩比模型分析其直升机模式和倾转过渡时四副旋翼之间的气动干扰特性。结果表明:该模型能够较为准确地捕捉旋翼垂直和水平间距对旋翼间气动干扰的影响,可以用于多旋翼气动干扰快速分析;倾转四旋翼飞行器在直升机模式附近的旋翼间气动干扰特性变化剧烈,合理的气动布局和旋翼旋转方向设计能够有效改善受干扰旋翼桨盘平面的诱导速度及载荷分布。

摘要：发展了一种集成旋翼状态反馈(Rotor-State Feedback,RSF)控制的飞行控制系统,以提升直升机在大气紊流环境中低速飞行时的飞行品质。基于经典显模型跟踪控制系统,对机体和旋翼状态反馈增益进行协同设计,以综合优化旋翼/机体耦合动稳定性和直升机在飞行品质相关频率范围(1~12rad/s)内的紊流缓和能力。同时,设计了一个旋翼前馈控制以增强直升机的操纵响应特性。对直升机飞行品质的线性分析表明:RSF控制的引入能够在实现旋翼/机体耦合动稳定性控制的同时使滚转和俯仰通道的指令跟踪延迟时间分别降低21.87%和25.82%,扰动抑制带宽分别提升243.22%和72.56%。最后以飞行试验验证的高阶非线性飞行动力学模型进行数值模拟验证控制系统。结果表明:RSF控制的引入使直升机滚转、俯仰角速率对紊流响应的标准差分别降低55.68%和26.81%。集成RSF的控制系统能够提升直升机在紊流中的飞行品质。

摘要：共轴双旋翼直升机在近地悬停时存在复杂的旋翼/旋翼/地面干扰效应.为分析近地悬停时共轴双旋翼流场及拉力变化,发展一种共轴双旋翼悬停地面效应计算方法.首先,分别采用升力面法和面元法模拟桨叶和地面对流场的作用,使用三阶精度时间步进格式进行桨叶尾迹计算,并在尾迹迭代过程中引入"等体积"法修正尾迹.然后,运用模型得到共轴双旋翼无地效的诱导速度分布和单旋翼地面效应下的拉力增益并与试验结果对比,验证方法的合理性.最后,基于算例,分析了共轴双旋翼在地面效应悬停状态下的特性,包括尾迹及流场特点、诱导速度与拉力分布、旋翼间干扰和拉力增益.结果表明:悬停地面效应下共轴双旋翼的尾迹发生卷起并径向扩展,其桨盘平面的诱导速度由上旋翼、下旋翼和地面共同引起;分析也表明了悬停地面效应下共轴双旋翼桨盘平面诱导速度及桨叶拉力分布更均匀,在相同功率下,共轴双旋翼的地面效应拉力增益大于同实度单旋翼的拉力增益.

摘要：为发展一种集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计方法,基于显模型跟踪控制技术,在反馈控制模块引入旋翼运动信息并采用旋翼/机体控制增益的最优化设计提升直升机动稳定性,采用旋翼前馈增强控制提升直升机操纵频率,提出基于有效跟踪的显模型参数设计方法提升直升机小幅高频和中等幅度姿态控制的操纵品质。最后,基于高阶飞行动力学模型分析直升机操纵品质,结果表明:将旋翼控制用于直升机飞行控制设计能够在保持系统稳定性的同时提升操纵频率,直升机纵、横向操纵响应带宽分别提升18%和10%,纵、横向姿态快捷性分别提升25%和20%。

摘要：《飞行动力学与飞行控制》作为航空宇航科学与技术学科的研究生专业课程,因其对航空背景知识要求较高、学生认识程度不够、授课内容涉及多个基础学科的知识、需要理解与进行公式推导的知识点较多等,导致学生学习效率不高,教学效果不够理想。面对以上情况,课题组基于近几年的教学实践与学生反馈,对课堂教学内容、教学方式、考核形式等方面进行了初步探索与尝试,以科研问题为导向,强调知识的应用性,设计了多种形式的教学环节,提高了课程内容的针对性、教学手段的科学性、学生学习的积极性。

摘要：本文针对研究生《飞行动力学与控制》课程开展项目导入任务驱动教学改革实践进行研究,提出以项目大作业作为前置导引、将项目分解为多个实践任务的教学思路。在教学实践中,首先应开展任务教学,以小组互评和教师评析的方式,梳理和总结上次任务实践结果,并讲解下次任务求解思路,然后开展理论教学,最后以学生小组形式在课后完成实践任务,形成任务引导、理论反馈和教师为主导、学生为主体的教学设计,发展过程考核与结果考核、项目评价与理论考试相结合的课程评价方法。实践结果表明,小组互评和教师评析环节的引入能够降低学生学习背景和实践能力差异的影响,帮助学生顺利完成项目实践,学生项目实践水平与理论知识理解掌握水平成正比。本文所述教改实践方法可以实现工程实践技能和理论知识学习的相互促进,教学效果优良,可推广到更多航空航天研究生专业课程的教学实践中。