平流层无人飞行器无动力着陆技术研究

发布时间：2020-04-20 17:11

【摘要】：平流层由于特殊的环境特点以及潜在的军事价值,受到越来越多国家的重视。同时,无动力着陆可以减少飞行器的燃油携带,甚至可以不安装发动机,减少燃料损耗。因此,本文针对平流层无人飞行器的无动力着陆技术进行了研究,当飞行器巡航状态结束,飞行器发动机停机后,飞行器从平流层开始进行着陆的研究方案。主要研究内容如下:首先对飞行器的着陆轨迹进行粗略规划,以飞行器的三自由度纵向模型为基准,将飞行器的着陆轨迹分为再入段、能量管理段、进场着陆段、接地拉平段和地面滑行段。根据飞行器的受力平衡反向推算飞行器的攻角,根据纵向稳定性和力矩平衡反向推算飞行器的升降舵偏角。根据飞行器的攻角和升降舵偏角的变化情况来判断轨迹是否合适。最后在MATLAB/Simulink环境中利用三自由度纵向插值模型进行仿真实验,验证了该方法的可行性。然后,针对飞行器能量管理段能量过高的情况提出了一种基于航迹变化的纵向耗能方案。该方案通过调整飞行器的下滑道来增加航程,增大能量耗散。首先计算出飞行器在能量管理段允许的能量范围。在降落过程中,当飞行器能量过高时,以更深的下滑道进行下滑。直至能量与标称能量线相同,飞行器以能下滑到高低空交接点的下滑倾角完成浅下滑。最后在MATLAB/Simulink环境中,对标称情况和拉偏情况的纵向耗能方案进行了仿真分析,验证了该方法的可行性。最后,针对飞行器能量管理段能量过高的情况提出了一种基于交叉舵的能量耗散方案。该方案改变了飞行器常见的升降舵构型,将每片升降舵结构拆分为两片。当飞行器能量正常时,飞行器的两片舵作为一个整体,一同偏转。当飞行器能量过高时,飞行器的两片舵一正一负偏转,形成交叉舵面,增大单位航程的阻力。根据飞行器的气动特性,对该方案进行了可行性论证。然后,在MATLAB/Simulink环境中,对飞行器的初始能量拉偏以及阻力系数拉偏进行了仿真分析,验证了该方案的可行性。最后,将交叉舵耗能方案和纵向耗能方案进行了对比,分析了两种方案各自的优缺点。
【图文】：

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第一章绪论平流层飞艇是一种密度比空气低的飞行器，，内部充有氦气，提供静升力，由艇尾翼、吊舱和推进装置组成。飞艇工作在近空间的低层，靠静升力驻空，由太为其提供能源动力。平流层飞艇能长时间定点驻空，时间长达数月或数年，非合作为新型信息平台，用来进行高分辨率对地观测、通信中继、区域预警和区航等[24]。

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图 1-2 HiSentinel-50 飞行试验图局（DARPA）在 2004 年启动的项目，目的是将大型雷达集成到高空无人飞艇构中，洛克希德·马丁公司是该项目的主要承包商[28]。ISIS 飞艇的设计图如图示。图 1-3 ISIS 飞艇设计图日本平流层平台 SPF（StratosphericPlatform）计划的可行性研究始于 1998 年，
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279

【参考文献】