優(yōu)偉斯智能系統(tǒng)有限公司研發(fā)中心高級(jí)經(jīng)理劉星宇
劉星宇畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)博士，長(zhǎng)期從事飛行器性能和品質(zhì)、飛行控制和飛行安全方面的研究。劉星宇的題目是氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)在無(wú)人機(jī)研發(fā)中的應(yīng)用。
1 氣動(dòng)動(dòng)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介
對(duì)于我們獲得傳統(tǒng)氣動(dòng)參數(shù)來(lái)講，有一些方法：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、估算、CFD計(jì)算等估算方法。隨著現(xiàn)代飛行傳感器的發(fā)展以及飛行技術(shù)的發(fā)展，還有系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)的發(fā)展，我們最近二十年左右通過(guò)試飛獲取飛機(jī)的氣動(dòng)參數(shù)越來(lái)越普遍，國(guó)內(nèi)西工大、南航、北航以及航天十一院、中航工業(yè)試飛院、商飛都做了大量工作。
氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)概念很多，根據(jù)自己的理解寫(xiě)了一條，利用飛機(jī)在飛行試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量的操縱和狀態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，對(duì)飛機(jī)的氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)的技術(shù)。
首先要知道飛機(jī)的重量重心、慣量特性、一定高度速度下進(jìn)行一系列的試飛，獲取迎角、姿態(tài)、角速率、過(guò)載、爬升率、升降舵、方向舵、副翼、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。其中氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)比較準(zhǔn)確的方式是獲得飛機(jī)的動(dòng)導(dǎo)數(shù)和操縱導(dǎo)數(shù)。
氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)有四個(gè)部分：作為系統(tǒng)辨識(shí)有激勵(lì)信號(hào)，用在飛機(jī)中試飛科目的設(shè)計(jì)；辨識(shí)模型的建立，即氣動(dòng)模式建立；辨識(shí)方法的選擇，數(shù)據(jù)處理的方法；辨識(shí)結(jié)果檢驗(yàn)，即一般用仿真驗(yàn)證。每一條都有很多理論，時(shí)間關(guān)系，主要分享一下對(duì)于飛行試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。飛機(jī)縱向和橫航向氣動(dòng)參數(shù)。設(shè)計(jì)這個(gè)飛行試驗(yàn)時(shí)要考慮很多，首先CFD計(jì)算或風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所缺失的氣動(dòng)參數(shù)；熟知設(shè)計(jì)這個(gè)飛行試驗(yàn)時(shí)主要獲取的某些參數(shù)。其實(shí)每一個(gè)飛行，包括飛機(jī)所有的氣動(dòng)參數(shù)，通過(guò)飛行能精確獲取的并不多，比如平飛，飛機(jī)在一定高度速度下定時(shí)平飛，我們可以獲取升力、阻力。通過(guò)荷蘭滾模態(tài)的辨識(shí)，可以獲得一些橫航向?qū)?shù)。
根據(jù)我們自己的無(wú)人機(jī)研發(fā)過(guò)程提出了氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)的流程，可以通過(guò)CFD計(jì)算或一些估算獲得比較粗的一個(gè)氣動(dòng)模型，當(dāng)然有條件的話(huà)可以進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)于一個(gè)民營(yíng)公司來(lái)講資源和經(jīng)費(fèi)相對(duì)受限一些。如果你的無(wú)人機(jī)是通過(guò)有人機(jī)改型過(guò)來(lái)的話(huà)，可以相對(duì)便捷獲得無(wú)人實(shí)驗(yàn)，通過(guò)相對(duì)經(jīng)濟(jì)和相對(duì)快速的方式做一系列的試飛，通過(guò)飛行試驗(yàn)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)和氣動(dòng)模型，進(jìn)行修正，然后將仿真和試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)這兩個(gè)對(duì)比結(jié)果按照一些標(biāo)準(zhǔn)，比如CCAI60部民航標(biāo)準(zhǔn)，或者一些軍標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，我們達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以后，認(rèn)為我們的氣動(dòng)模型是比較準(zhǔn)確以后，可以進(jìn)行傳遞函數(shù)的計(jì)算、飛機(jī)性能的技術(shù)、飛控開(kāi)發(fā)。
2 在U650無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用
U650型號(hào)最大特點(diǎn)是具有水陸兩用，在水上和陸面、草地都可以進(jìn)行起降。這是中高空長(zhǎng)時(shí)無(wú)人機(jī)。
主要應(yīng)用有四大塊：當(dāng)我們研發(fā)無(wú)人機(jī)時(shí)，因?yàn)樵蜋C(jī)是有人機(jī)，比較容易進(jìn)行試飛，但是這種級(jí)別的有人機(jī)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)其他一些估算，氣動(dòng)數(shù)據(jù)很難獲得，我們初期通過(guò)CFD計(jì)算，把這個(gè)飛機(jī)各個(gè)狀態(tài)得到第一輪氣動(dòng)參數(shù)，比如有不同緊急下的構(gòu)型、地效分析、華流的影響。CFD計(jì)算一定要把甬道所有的構(gòu)型做一個(gè)比較詳細(xì)的計(jì)算，然后獲得相對(duì)比較完整的氣動(dòng)模型。動(dòng)導(dǎo)數(shù)一般通過(guò)估算的方式獲得。通過(guò)七八輪有人機(jī)試飛，按照之前給的試飛表格進(jìn)行一項(xiàng)一項(xiàng)試飛。
在試飛數(shù)據(jù)采集下來(lái)以后，通過(guò)一定數(shù)據(jù)處理方法可以修正我們的氣動(dòng)模型，然后進(jìn)行建模、仿真。
在于2015年12月份進(jìn)行首飛，通過(guò)我們獲得比較準(zhǔn)確的氣動(dòng)參數(shù)和飛行控制設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)第一次自主飛行。我們今年年底還會(huì)進(jìn)行大概幾個(gè)月的自主飛行，來(lái)驗(yàn)證我們氣動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。
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