新型超压翼伞特性分析与控制系统初步设计-characteristic analysis and preliminary design of control system for a new type of overpressure parafoil.docxVIP

摘要超压翼伞具有气动效率高、可控性强、抗风能力好等优点，可以用于精确定点回收、可折叠飞行器等领域，因此具有良好的生存能力和应用价值。随着技术进步，这种飞行器以其远程飞行、高度高、长航时以及机动性好等方面的独特优势，将成为研究的热点并拥有巨大的发展前景。国内对相关领域的研究与国外相比还有很大差距。本文从总体设计的角度出发，采用理论分析与数值仿真相结合的方法，对超压翼伞系统的充气翼设计分析、动力学模型和控制系统概念设计等问题进行了比较系统的研究，得到了若干有意义的结论。探讨了经纬网络充气翼的受力分析以及其变形的特点，在此基础上给出了经纬网络充气翼的设计方法，以精确地逼近标准翼型。利用CFD计算软件，通过与标准翼型的对比，比较系统地对充气翼的气动性能进行了分析。阐明了在一般的条件下，充气翼的气动性能较之与标准翼型有所下降，但幅度不大。这为总体的设计工作提供了反馈的参考，同时也为运动特性分析创造了条件。建立了带动力的超压翼伞系统的六自由度动力学模型。其中的表观质量采用含义较全的矩阵形式表示，并给出了半经验的计算式；依据对目前充气翼气动力研究现状的分析，采用气动估算与工程分段处理相结合的方法来得到所需的气动力。通过仿真计算，分析了超压翼伞的主要设计参数对其系统性能的影响，得到了一些有益的结论，为系统总体方案的设计与评估、运动状态的分析等提供了有价值的参考。从概念设计的角度对控制系统进行了硬件和软件的设计，实现了两者的结合。并对典型的运动状态进行了姿态控制律设计，体现了控制系统总体的指导思想，为后续的详细设计打下了基础。本文可为新型超压翼伞的总体设计、分析，以及相关问题研究提供关键技术参考和可行性研究参考。主题词：翼伞，经纬网络，充气翼，气动性能，动力学模型，控制系统ABSTRACTOverpressureInflatableParafoilhasexcellentviabilityandapplicationvaluebecauseofitsadvantageonhighaerodynamicefficiency,strongcontrollabilityandtheabilityofstandingagainstwind,therefore,itcanbeusedinfieldssuchaspreciserecoveryandfoldingvehicle.Alongwiththetechniquedeveloping,thiskindofvehiclecouldbeahotspotanddevelopedwidely,becauseofitsparticularadvantageinlongdistance,highaltitude,longflighttimeandgoodmaneuverability.Thereisstillalargedifferenceinternalthaninothercountries,researchinginrelativefield.Thisthesisbeginsatthepointofviewofcollectivitydesign,beinganalyzedthoroughlyandsystematicallyinmethodoftheoreticalanalysisandnumericalsimulation,includingdesignandanalysisoftheinflatablewing,dynamicsmodelandconceptdesignofthecontrolsystemofOverpressureInflatableParafoil.Somevaluableconclusionsweredrawn.Dynamicanalysisandtransmutationpropertiesofthelongitudinalandlatitudinalmeshworkinflatablewingarediscussed,andthedesignmethodiseducedtoapproachthenormalaerofoilexactly.Aerodynamicperformanceoftheinflatablewingisanalyzedthoroughlyandsystematicallyinmethodofcomparingtothenormalaerofoil,byusingtheCFDcalculationsoftware,clarifyingthatgenerallyspeaking,aerodynamicperformanceoftheinflatablewinggoesdowncomparedtothenormalaerofoil,butnotobservabl