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魅影∙学术| 近期团队发表学术论文一览

魅影无人机2019-07-05 19:54:35

近期,魅影团队王科雷、张驰、马振宇、范中允等4人在航空学报、ICAS2018会议发表学术论文,介绍了团队最近的研究成果。


王科雷,低雷诺数多螺旋桨-机翼耦合气动设计研究,航空学报

以临近空间太阳能无人机研究为背景,针对高空低雷诺数状态下多螺旋桨/机翼构型进行了耦合气动设计研究。首先,通过对典型多螺旋桨/机翼构型进行气动特性及流动特性分析,提出了以在多螺旋桨滑流影响下构建机翼近壁面理想流态分布形式为核心的低雷诺数多螺旋桨/机翼耦合气动设计思想;然后,基于该耦合设计思想,依次进行了多螺旋桨布局参数设计研究、低雷诺数流态区域二维翼型设计研究以及近似高雷诺数流态区域耦合螺旋桨滑流影响的机翼翼段设计研究;最后,通过相关设计结果的对比分析验证了所提出低雷诺数多螺旋桨/机翼耦合气动设计思想及设计方法的有效性和可靠性。结果表明:与常规仅进行低雷诺数翼型优化得到的设计结果相比较,基于所提出低雷诺数多螺旋桨/机翼耦合设计思想设计得到的多螺旋桨/机翼构型气动特性得到显著改善,而在本文设计状态下,多螺旋桨滑流影响下的机翼阻力相对降低达8.8%,升阻比相对增大达12.1%,同时由多螺旋桨滑流为机翼气动特性带来的不利影响亦得到约64.5%的补偿和改善。


张驰,Nonlinear Static Aeroelastic and Trim Analysis of Highly Flexible Aircraft31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences ICAS 2018

The static aeroelastic responses, trim solutions and stability analysis of a high aspect-ratio all-wing aircraft without aileron nor rudder is presented. The basics of the computational framework is the coupling of a geometrically nonlinear 3D co-rotational double-spar structural model with a 3D non-planar vortex lattice aerodynamic model. Inertia relief is introduced for the first time to count for the effects of mass distribution on the static deformations of the unconstrained flying aircraft. The aeroelastic deflections, lift distributions, aerodynamic coefficients and their derivatives, as well as the trim solutions and flight dynamic roots are assessed and compared with rigid, linear and nonlinear structural models. Results show that the overall aeroelastic responses, trim solutions and flight dynamic characteristics are highly affected by structural flexibility, revealing the importance of taking into account the geometric nonlinearity in flexible aircraft design and analysis.


马振宇,一种方向舵-螺旋桨联用的全翼式太阳能无人机横航向控制方法,航空学报

以全翼式太阳能无人机为研究对象,针对无副翼状态下横航向控制问题,提出了采用方向舵偏转和螺旋桨差动进行横航向控制的方法。首先,分析了两个螺旋桨条件下该类无人机横航向的稳定性与操纵性;然后,基于线性自抗扰控制(Linear active disturbance control, LADRC)理论,以方向舵偏和螺旋桨差动为控制输出,分别设计了滚转角控制器和偏航角控制器。最后,结合滚转角控制和偏航角控制的优缺点,在L1轨迹跟踪算法的基础上设计了方向舵和螺旋桨联用的直线轨迹跟踪器。仿真结果表明,所设计的控制器具有较好的控制性能、鲁棒性和抗风性。同时参数整定过程相对简单,并采用实际可测的物理量,为进一步工程应用提供参考。


范中允,高鲁棒性的螺旋桨片条理论非线性修正方法,航空学报

针对螺旋桨极端状态分析计算的问题,对片条理论方法进行了一定的改进。虽然片条理论在常规工况下能够比较准确地计算拉力和功率,但在考虑严重非线性的部分工况下,如很低或很高前进比状态,传统片条理论存在一定的局限性,无法可靠地计算拉力、功率、环量分布及诱导速度。鉴于此,分析了传统片条理论方程解的不唯一性和诱导速度的奇异性,然后结合涡流理论提出了一种环量迭代修正方法,解决了传统片条理论在极端工况下的计算困难。另一方面,为了兼顾多种叶素非线性效应,应用人工神经网络对叶素的大迎角特性、低雷诺数特性及跨声速特性进行特征提取,并为片条理论提供高效的叶素非线性气动特性预测。最后,通过与计算流体力学方法及试验结果对比,验证了修正片条理论方法针对本文计算模型能够在很低/很高前进比下进行准确计算分析。在本文算例中,拉力和功率的相对误差在常规工作段可以保持在5%以内,在很低和很高前进比下仍可以保持在10%以内。