發(fā)布時(shí)間：2018-12-29 10:02

【摘要】：地效翼船(Wings In Ground Craft)是一種通常飛行于離海面/地面十分貼近狀態(tài),并借助此飛行狀態(tài)下產(chǎn)生的“地面效應(yīng)”而能實(shí)現(xiàn)超低空飛行能力的特種飛行器。但從全球地效翼船的控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,對(duì)于此類(lèi)飛行于水汽介質(zhì)間高速飛行的飛行器,目前因研發(fā)地效翼船的理論知識(shí)還不成熟,所以其應(yīng)用領(lǐng)域得不到拓展。然而,在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,計(jì)算流體力學(xué)也得到快速發(fā)展,同時(shí)利用空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)地效飛行器進(jìn)行研究也成為當(dāng)今研究熱點(diǎn);利用這種方法,可以為地效翼船氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立提供理論參考。同時(shí),飛行控制系統(tǒng)作為地效翼船的飛行控制核心,負(fù)責(zé)整個(gè)飛行過(guò)程中的信息采集、控制信息解算和數(shù)據(jù)通信等任務(wù),因此,針對(duì)地效翼船設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定的、適合其飛行特點(diǎn)的飛行控制系統(tǒng)具有較高研究意義。首先,本文介紹地效翼船有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)主要研究方法,以及常用于數(shù)值流體計(jì)算的FLUENT軟件。文中選取俄羅斯先進(jìn)的“里海怪物”號(hào)地效翼船為原型,利用三維建模軟件CATIA進(jìn)行三維重建,后將所得三維模型導(dǎo)入ICME軟件中進(jìn)行網(wǎng)格化,最后利用FLUENT數(shù)值軟件對(duì)網(wǎng)格化模型進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)計(jì)算。同時(shí),當(dāng)其在地面效應(yīng)區(qū)域內(nèi)航行時(shí),其航行平臺(tái)經(jīng)常性變化,為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定航行,需要研制平穩(wěn)、可靠的飛行控制系統(tǒng)。本文結(jié)合固定翼飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和氣動(dòng)數(shù)值數(shù)據(jù),對(duì)地效翼船的飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。接著,在硬件上采取飛行控制與任務(wù)管理功能分開(kāi)管理理念,確定以雙片系統(tǒng)芯片為核心的飛行控制系統(tǒng)構(gòu)架的整體方案;采用兩塊TMS320 F2812微計(jì)算機(jī)芯片分別充當(dāng)主協(xié)控制器,分別負(fù)責(zé)進(jìn)行飛行控制和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的實(shí)現(xiàn)。在此架構(gòu)上建立主控模塊、以及傳感器模塊、舵機(jī)模塊以及接口模塊、降低系統(tǒng)耦合度,模塊化完成系統(tǒng)設(shè)計(jì);在軟件設(shè)計(jì)上同樣遵循模塊化設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)底層各單元模塊的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)姿態(tài)模塊機(jī)航向角算法進(jìn)行分析,完成姿態(tài)、高度等數(shù)據(jù)解析。最后,針對(duì)地效飛行器特點(diǎn),利用PID控制器設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的控制系統(tǒng),在MATLAB中利用SRO優(yōu)化軟件包對(duì)地效飛行器縱向和橫側(cè)向進(jìn)行控制律仿真。仿真結(jié)果表明控制器設(shè)計(jì)的合理性,具有較好地應(yīng)用意義。
[Abstract]:Ground effect wing ship (Wings In Ground Craft) is a kind of special aircraft which usually flies close to the sea surface / ground, and can realize very low altitude flight ability with the help of "ground effect" in this flight state. However, according to the current situation of the control technology of the global ground effect wing ship, the application field of this kind of aircraft flying in the water vapor medium is not expanded because the theoretical knowledge of the research and development of the ground effect wing ship is not mature at present. However, with the development of computer technology, computational fluid dynamics (CFD) has been developed rapidly. This method can be used as a theoretical reference for the aerodynamic layout design and kinematics model establishment of a ground-effect wing ship. At the same time, the flight control system, as the flight control core of the ground effect wing ship, is responsible for the tasks of information collection, control information calculation and data communication during the whole flight. Therefore, a stable set of flight control system is designed for the ground effect wing ship. The flight control system suitable for its flight characteristics is of great significance. Firstly, this paper introduces the main research methods of aerodynamics related to the ground effect wing ship and the FLUENT software which is often used in numerical fluid calculation. In this paper, the Russian advanced Caspian Monster is selected as the prototype, the 3D modeling software CATIA is used to reconstruct the 3D model, and then the 3D model is imported into the ICME software for gridding. Finally, FLUENT numerical software is used to calculate the aerodynamic parameters of the gridding model. At the same time, when it navigates in the ground effect area, its navigation platform changes frequently. In order to realize the long-term stable navigation, it is necessary to develop a stable and reliable flight control system. In this paper, the flight control system of the ground effect wing ship is designed based on the experience of the design of the fixed-wing flight control system and the aerodynamic numerical data. Then, the concept of flight control and mission management is adopted separately in hardware, and the overall scheme of flight control system architecture with dual-chip system chip as the core is determined. Two TMS320 F2812 microchips are used as main controller, which are responsible for flight control and navigation data solution. The main control module, the sensor module, the steering gear module and the interface module are established on this architecture to reduce the coupling degree of the system and complete the system design by modularization. The software design also follows the idea of modular design and realizes the driving design of each unit module in the bottom layer. The algorithm of heading angle of sins attitude module is analyzed and the attitude and altitude data are analyzed. Finally, according to the characteristics of ground effect aircraft, a real-time and stable control system is designed by using PID controller. The longitudinal and lateral control laws of ground effect aircraft are simulated by SRO optimization software package in MATLAB. The simulation results show that the controller design is reasonable and has good application significance.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1;V279

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2394690