飞翼无人机余度飞行控制系统研究

发布时间：2020-08-04 12:41

【摘要】：飞翼无人机采用翼身融合、无尾翼布局,结构重量轻、有效升力面大、飞行阻力小、隐身性能良好。由于取消平尾和垂尾导致纵向及横侧向的操稳特性变差,需要针对性的研究飞翼无人机控制策略;考虑到长航时飞行的可靠性,需要研究余度飞行控制系统。首先,针对某型号飞翼无人机,根据质量数据库、气动数据库进行动力学建模和控制律设计。在常规布局固定翼控制的基础上,结合操稳特性分析结果,将迎角反馈控制加入到纵向控制回路实现增稳。纵向控装通过俯仰角速率反馈Q反馈增加系统纵向阻尼来提高飞翼无人机的纵向稳定性;横侧向控制采用侧航法进行方向舵控制,解决侧风引起的侧滑问题,继而提高飞翼无人机的航向稳定性。并通过飞翼缩比样机试飞,证明控制策略的可行性。其次,从增强飞翼无人机的安全可靠性角度出发,综合考虑工程实现难度、尺寸限制、成本等因素,完成一体化余度飞行控制系统航电架构设计,并对系统进行可靠性分析。此外根据软件通信流程完成基于FlexRay总线的余度管理软件设计和应用软件设计。搭建飞翼模型半物理飞行仿真平台,仿真结果说明一体化余度飞行控制系统可以有效地提升飞翼无人机飞行可靠性。最后,考虑到飞翼无人机通信节点间距可能超出FlexRay总线24m的有效通信距离,通过FlexRay物理层通信信号分析,提出用RS-485物理层对FlexRay底层进行电气改造来延长总线通信距离的方案。并对影响总线通信质量的电磁干扰、传输线缆选型等关键技术点进行研究。最终完成硬件电路设计,实现总线物理层改造和FlexRay多节点长距离同步通信测试。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V249.1
【图文】：

飞翼,无人机

尽管飞翼战机研发一直未获得成功，但美国军方依旧不断投入大量资金供格鲁曼、逡逑波音等公司进行新一代战机研制。最终格鲁曼公司成功制造出“幽灵”邋Ｂ－２飞翼逡逑布局战略轰炸机，如图１．１所示。逡逑图１．１飞翼布局无人机Ｂ－２外型图逡逑美国在科索沃战争中使用Ｂ－２飞翼布局轰炸机对战局走势的影响，引起了世逡逑界各国对此类型无人机的关注。苏联尽管很早便已开始飞翼布局飞机研发，但受逡逑技术水平和经济条件限制，直到本世纪才由解体后的俄罗斯研制出类似Ｂ－２的逡逑ＰＡＫ－ＤＡ战略轰炸机。Ｂ－２飞翼布局轰炸机由于操纵特性差，以往美国通常需要逡逑２逡逑

飞翼,无人机,三维模型

学建模、控制律设计，并进行缩比样机试飞验证。逡逑２．邋１飞翼无人机介绍逡逑某型号飞翼无人机三维模型如图２．１所示。逡逑图２．１飞翼无人机三维模型图逡逑某型号飞翼无人机质量数据库如表２．１所示。逡逑表２．１飞翼无人机质量数据库逡逑机翼面积｜邋ｍｍ邋｜平均气动｜最大起飞｜转动惯量：转动惯量｜转动惯量逡逑（ｍ２）逦（ｍ）逦弦长（ｍ）重量（ｋｇ）邋Ｉｘ（ｋｇｍ２）邋Ｉｙ（ｋｇ．ｍ２）邋Ｉｚ（ｋｇｍ２）逡逑２．８逦３．９２逦０．７逦１８０逦７０．９５５２逦８９．９８５２逦１２．２４３逡逑该型号飞翼无人机巡航攻角为１．４６６°，巡航速度为１３１．８ｍ／ｓ，巡航高度为逡逑６ｋｍ。飞翼无人机将航电设备内置机身中并依靠少数几个翼面进行操纵。飞机由逡逑７逡逑

线性模型,纵向,飞翼

第二章飞翼建模、控制律设计及缩比样机试飞逦逡逑率、高度；控制量Ｕ＝［Ｓ￡，ＳＴ］Ｔ则代表升降舵和油门开度Ｍ。对于飞翼横侧向系逡逑，状态量Ｘ＝［Ｐ，么Ｖ，Ｐ，Ｒ，ＰＥ］Ｔ分别代表侧滑角、滚转角、偏航角、滚转角速率、逡逑航角速率、翼展方向位移；控制量ｕ邋＝邋［Ｓａ，ＳＪＴ则代表了副翼舵和方向舵。逡逑ｉｍｕｌｉｎｋ下飞翼无人机纵向、横侧向线性模型分别如图２．２、２．３所示。逡逑

【参考文献】