一种垂直起降固定翼飞机受约束飞行最优航迹规划

发布时间：2024-05-20 06:42

　　本文以一种新型的可垂直起降固定翼飞机为研究对象,以竖直方向的无人机受约束飞行航迹规划为研究内容。设计的新型可垂直起降固定翼飞机具有直升机垂直起飞、垂直降落、空中悬停的能力和固定翼飞机高空水平飞行的特点。首先设计了新型飞机的整体结构布局,确定了飞机的几何参数、惯性参数、气动参数,并将涵道风扇电动机作为无人机的推力装置。从最优控制理论出发,讨论了将航迹规划问题转换成单目标函数的最优控制问题的可行性。然后介绍了求解最优控制问题的直接算法Legendre伪谱法,将连续最优控制问题插值离散成非线性规划问题。进而利用Tomlab优化工具对航迹规划问题进行数值求解。飞机的数学建模阶段充分考虑了重力、推力和推力力矩、空气动力和力矩以及作用在尾舵上的空气动力、力矩对飞行运动的影响。根据牵连运动,得到无人机的质心运动和姿态运动方程,进而求解出无人机六自由度运动方程的矩阵表达形式。最后,设计了飞机整体飞行参考航迹,将飞机的飞行过程分解为起飞爬升段、平飞段、下滑反拉悬停段和垂直下降段。建立了关于能量最优或距离最优的目标函数,在状态约束、初末值约束、控制约束下,以飞机纵向运动的运动方程为控制对象,采用Legen...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1XFV-1高跷

垂直起降飞机的诞生，提高了传统无人机的性能。不仅在军事方面，可垂直无人机在民用领域也得到广泛的发展和应用[1],[2]。分析国内外可垂直起降无技术、科学的产业布局和管理制度，顺应创新精神能创造美好未来的时代潮展对新型可垂直起降固定翼无人机的探讨，能对我国无人机产业的发展产生意义。....

图1.2XFY-1垂直起降飞机的概念由德国在第二次世界大战末期率先提出

垂直起降飞机的诞生，提高了传统无人机的性能。不仅在军事方面，可垂直无人机在民用领域也得到广泛的发展和应用[1],[2]。分析国内外可垂直起降无技术、科学的产业布局和管理制度，顺应创新精神能创造美好未来的时代潮展对新型可垂直起降固定翼无人机的探讨，能对我国无人机产业的发展产生意义。....

图1.4鱼鹰V-22

落过程中的安全问题得不到保障，另外受限于当时技术，动力的提供问题不能得到解决最后停产了此类机型[2]。可垂直起降固定翼飞机设计复杂度高和控制难度系数大等缺点使其在60年代后发展缓慢[4]，但是它结合了直升机和固定翼飞机的优点，功能性更全可使用范围更广。尽管由于种种原因使人们付....

图1.5歼-18战机

沈阳航空航天大学硕士学位论文发动机与部分机翼一起倾转的技术，并将这种技术应用于垂直起降无人机的开发中[34]。同样仿照美国飞机的布局构造，日本也在倾转四螺旋桨无人飞行器领域中做了许多工作[35]。虽然其结构设计和美国的X-19类似，但日本采取的是螺旋桨与机翼一起倾转的布局方式....

本文编号：3979098