《單旋翼碟形飛行器動力學及反饋控制理論研究》是依託哈爾濱工業大學，由金弘哲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單旋翼碟形飛行器動力學及反饋控制理論研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：金弘哲
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固定旋翼無人飛行器領域中，共軸雙旋翼飛行器具有結構上的緊湊性、飛行動作上的靈活性和姿態控制上的穩定性等優點。但它是以複雜機械系統為代價的設計，同時高速旋轉的旋翼對操作人員是致命的威脅。本項目將重點考慮結構簡易性、安全性、飛行器本身生的存能力，引入空中平台的概念，提出一種適合於反恐偵察等特殊套用環境的單旋翼碟形飛行器。.單旋翼碟形飛行器的核心理論，目前尚處於探索階段階。由於旋翼產生的反扭矩使飛行器被動旋轉的問題和空氣流在舵機系統表面上的複雜作用力問題，因此至今被保留為一個開放問題。具體針對如何確立飛行器參數設計標準、高空中如何保持穩定的懸停、在航行或起降過程中如何保持姿態穩定性等理論問題，以涵道空氣動力學和飛行動力學分離建模、解析相互之間存在的耦合現象為基礎，提出了基於動力學分割的自適應反控制設計方法。
結題摘要
在本課題中提出了一種新結構的涵道飛行器，飛行器的姿態穩定裝置是由四個旋轉的空心圓筒結構構成，這四個空心圓筒呈十字的對稱結構安裝在涵道飛行器的底部，利用馬格納斯效應產生控制力矩。涵道飛行器飛行時空心圓筒的旋轉及螺旋槳的下洗氣流會產生馬格納斯效應進而產生馬格納斯力，利用該力可以對無人涵道飛行器進行姿態穩定。本課題首先對該結構的無人涵道飛行器進行空氣動力學分析由於涵道飛行器內部有強烈的耦合作用，仿真時採用了滑移格線方法。在空氣動力學分析的基礎上對涵道飛行器進行結構最佳化，在結構最佳化過程中採用了回響面方法及遺傳算法。對於涵道無人飛行器來說，一個普遍存在的問題是，俯仰（橫滾）前向運動對偏航運動高度敏感。控制舵需要能夠自動調整的氣動升力，以維持俯仰前向運動的穩定性。出於這個目的，我們提出了一種基於整體飛行動力學的控制舵控制器和位置姿態控制器設計方法。馬格納斯效應測量分析試驗台的研製，利用該試驗平台，分別在風速不同，轉筒輪轉速不同的情況下，進行試驗，得到相應的數據曲線，並與仿真數值進行比對，為最佳化涵道無人機的控制系統提供了數據參考。並進行了涵道飛行器的試驗搭建及飛行試驗。
