无人地效翼船气动仿真与飞控系统研究

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1、学校代码：10406分类号：V249.1学号：120081001008南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）无人地效翼船气动仿真与飞控系统研究硕士研究生：彭云龙导师：赵伟华研究员王琪教授申请学位级别：硕士学科、专业：通信与信息系统所在单位：信息工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学-ResearchonAerodynamicsimulationandFlightControlSystemoftheUnmannedWingsInGroundCraftADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnCom

2、municationandInformationSystemsbyPengYunlongUndertheSupervisionofProf.ZhaoWeihuaAndWangQiSchoolofInformationEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015-摘要地效翼船（WingsInGroundCraft）是一种通常飞行于离海面/地面十分贴近状态，并借助此飞行状态下产生的“地面效应”而能实现超低空飞行能力的特种飞行器。但从全球地效翼船的控制技术发展现状来看，对于此类飞行于水汽介

3、质间高速飞行的飞行器，目前因研发地效翼船的理论知识还不成熟，所以其应用领域得不到拓展。然而，在计算机技术不断发展的今天，计算流体力学也得到快速发展，同时利用空气动力学对地效飞行器进行研究也成为当今研究热点；利用这种方法，可以为地效翼船气动布局设计和运动学模型的建立提供理论参考。同时，飞行控制系统作为地效翼船的飞行控制核心，负责整个飞行过程中的信息采集、控制信息解算和数据通信等任务，因此，针对地效翼船设计一套稳定的、适合其飞行特点的飞行控制系统具有较高研究意义。首先，本文介绍地效翼船有关的空气动力学主要研究方法，以及常用于数值流体计算的FLUENT软件。文中选取

4、俄罗斯先进的“里海怪物”号地效翼船为原型，利用三维建模软件CATIA进行三维重建，后将所得三维模型导入ICME软件中进行网格化，最后利用FLUENT数值软件对网格化模型进行气动参数计算。同时，当其在地面效应区域内航行时，其航行平台经常性变化，为实现长时间稳定航行，需要研制平稳、可靠的飞行控制系统。本文结合固定翼飞行控制系统设计的经验和气动数值数据，对地效翼船的飞行控制系统进行设计。接着，在硬件上采取飞行控制与任务管理功能分开管理理念，确定以双片系统芯片为核心的飞行控制系统构架的整体方案；采用两块TMS320F2812微计算机芯片分别充当主协控制器，分别负责进行

5、飞行控制和导航数据解算的实现。在此架构上建立主控模块、以及传感器模块、舵机模块以及接口模块、降低系统耦合度，模块化完成系统设计；在软件设计上同样遵循模块化设计理念，实现底层各单元模块的驱动设计，对捷联惯导姿态模块机航向角算法进行分析，完成姿态、高度等数据解析。最后，针对地效飞行器特点，利用PID控制器设计实时、稳定的控制系统，在MATLAB中利用SRO优化软件包对地效飞行器纵向和横侧向进行控制律仿真。仿真结果表明控制器设计的合理性，具有较好地应用意义。关键词：地效飞行器，气动力仿真，飞行控制系统，DSP-IAbstractTheWingsInGroundCra

6、ftisaspecialaircraftwhichcangetclosetoseaorearthinwhichgroundeffectiscreated.Withthehelpof“groundeffect”,itcanflyinahigh-speed.FromtheviewofthepresentglobaldevelopmentsituationofWingsInGroundCraft,peoplehavenotmaturetheoryofdesigningtheaircraftwhichflightinsteammediumwithhighspeed.A

7、saconsequence,theaircrafthasnotbeenwidelyusedyet.Today,however,withtheconstantdevelopmentofcomputertechnology,theresearch,whichisbasedoncomputationalfluiddynamicsoftheaerodynamicinthefieldoftheaircraft,hasbeenbecomingahotspot.Thismethodalsoprovidesavaluablereferenceforobtainingtheai

8、rcraftaerodynamicla