優(yōu)偉斯智能系統(tǒng)有限公司研發(fā)中心高級經(jīng)理劉星宇
劉星宇畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)無人機(jī)設(shè)計專業(yè)博士，長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參數(shù)辨識技術(shù)在無人機(jī)研發(fā)中的應(yīng)用。
1 氣動動參數(shù)辨識技術(shù)簡介
對于我們獲得傳統(tǒng)氣動參數(shù)來講，有一些方法：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、估算、CFD計算等估算方法。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)辨識技術(shù)的發(fā)展，我們最近二十年左右通過試飛獲取飛機(jī)的氣動參數(shù)越來越普遍，國內(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。
氣動參數(shù)辨識概念很多，根據(jù)自己的理解寫了一條，利用飛機(jī)在飛行試驗(yàn)過程中測量的操縱和狀態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，對飛機(jī)的氣動參數(shù)進(jìn)行辨識的技術(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、過載、爬升率、升降舵、方向舵、副翼、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等。其中氣動參數(shù)辨識技術(shù)比較準(zhǔn)確的方式是獲得飛機(jī)的動導(dǎo)數(shù)和操縱導(dǎo)數(shù)。
氣動參數(shù)辨識有四個部分：作為系統(tǒng)辨識有激勵信號，用在飛機(jī)中試飛科目的設(shè)計；辨識模型的建立，即氣動模式建立；辨識方法的選擇，數(shù)據(jù)處理的方法；辨識結(jié)果檢驗(yàn)，即一般用仿真驗(yàn)證。每一條都有很多理論，時間關(guān)系，主要分享一下對于飛行試驗(yàn)的設(shè)計。飛機(jī)縱向和橫航向氣動參數(shù)。設(shè)計這個飛行試驗(yàn)時要考慮很多，首先CFD計算或風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所缺失的氣動參數(shù)；熟知設(shè)計這個飛行試驗(yàn)時主要獲取的某些參數(shù)。其實(shí)每一個飛行，包括飛機(jī)所有的氣動參數(shù)，通過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平飛，我們可以獲取升力、阻力。通過荷蘭滾模態(tài)的辨識，可以獲得一些橫航向?qū)?shù)。
根據(jù)我們自己的無人機(jī)研發(fā)過程提出了氣動參數(shù)辨識的流程，可以通過CFD計算或一些估算獲得比較粗的一個氣動模型，當(dāng)然有條件的話可以進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，對于一個民營公司來講資源和經(jīng)費(fèi)相對受限一些。如果你的無人機(jī)是通過有人機(jī)改型過來的話，可以相對便捷獲得無人實(shí)驗(yàn)，通過相對經(jīng)濟(jì)和相對快速的方式做一系列的試飛，通過飛行試驗(yàn)參數(shù)辨識技術(shù)和氣動模型，進(jìn)行修正，然后將仿真和試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，當(dāng)這兩個對比結(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)到這個標(biāo)準(zhǔn)以后，認(rèn)為我們的氣動模型是比較準(zhǔn)確以后，可以進(jìn)行傳遞函數(shù)的計算、飛機(jī)性能的技術(shù)、飛控開發(fā)。
2 在U650無人機(jī)上的應(yīng)用
U650型號最大特點(diǎn)是具有水陸兩用，在水上和陸面、草地都可以進(jìn)行起降。這是中高空長時無人機(jī)。
主要應(yīng)用有四大塊：當(dāng)我們研發(fā)無人機(jī)時，因?yàn)樵蜋C(jī)是有人機(jī)，比較容易進(jìn)行試飛，但是這種級別的有人機(jī)并沒有經(jīng)過風(fēng)洞試驗(yàn)，也沒有經(jīng)過其他一些估算，氣動數(shù)據(jù)很難獲得，我們初期通過CFD計算，把這個飛機(jī)各個狀態(tài)得到第一輪氣動參數(shù)，比如有不同緊急下的構(gòu)型、地效分析、華流的影響。CFD計算一定要把甬道所有的構(gòu)型做一個比較詳細(xì)的計算，然后獲得相對比較完整的氣動模型。動導(dǎo)數(shù)一般通過估算的方式獲得。通過七八輪有人機(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)采集下來以后，通過一定數(shù)據(jù)處理方法可以修正我們的氣動模型，然后進(jìn)行建模、仿真。
在于2015年12月份進(jìn)行首飛，通過我們獲得比較準(zhǔn)確的氣動參數(shù)和飛行控制設(shè)計，最后實(shí)現(xiàn)第一次自主飛行。我們今年年底還會進(jìn)行大概幾個月的自主飛行，來驗(yàn)證我們氣動參數(shù)的準(zhǔn)確性。
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