建立微型扑旋翼飞行器运动学模型,基于面元法研究低雷诺数下非定常场中扑旋翼飞行器的气动特性,得到机翼气动特性和一个工作周期内的最大气动载荷。建立扑旋翼飞行器机翼有限元模型,基于变密度法和独立连续映射法(Independent continuous mapping,ICM)对机翼进行静力学和动力学拓扑优化设计,通过改变机翼拓扑结构优化机翼模态频率,得到同时满足结构静力学和动力学要求的扑旋翼飞行器机翼拓扑结构。本文为扑旋翼飞行器机翼结构优化设计提供了基本思路和研究基础。

针对高超声速变外形飞行器变形带来的参数摄动大、变形过程建模难、外界干扰复杂等大不确定问题,研究了一类可变后掠飞行器建模与姿态控制问题,设计了一种有限时间控制方案。针对变外形飞行器建立了带有变形量的面向姿态控制的三自由度模型,该模型能够反映出变外形飞行器的内在影响。分析了变外形飞行器在典型状态下的气动特征,并给出了连续变形关键气动数据可行处理方案。针对可连续变形的飞行器设计了一套有限时间控制方案,并证明了系统稳定性。进一步考虑控制律中用到的指令微分项,设计了有限时间指令收敛滤波器。利用扩张状态观测器,估计不易测量状态和“综合扰动”。以考虑复杂干扰下的高超声速变外形飞行器为对象进行仿真,结果表明所设计的控制方案可解决不同变形速率下、存在复合干扰的飞行器姿态控制问题。

在飞行器的设计开发过程中,机翼后掠角的改变可以使飞行器在各个飞行阶段均保持较优的性能。本文提出一种局部旋转式变后掠机翼,并设计了相应的驱动机构。将此变后掠方案结合两种不同翼型分别构建三维模型后,基于FLUENT及SA湍流模型,对两模型分别进行了外部绕流流场的数值模拟,分析机翼在不同攻角及飞行马赫数下的气动特性差异。分析结果表明,通过改变机翼的后掠角改变可以显著改变机翼升力系数、阻力系数及升阻比,提高飞行器对不同飞行环境的适应能力。

为了实现鸟类飞行过程中翅膀的折弯效果,以平面四杆机构为基础,设计一套能实现主动折弯并具有急回特性的扑动-折弯运动模型。采用ADAMS对其进行动力学仿真分析,结果显示该模型具有优良的动力学性能;采用ADAMS与XFlow联合仿真方法对其进行气动特性分析,结果显示该模型具有优良的气动特性;同时,得到翅膀的扑动速度对扑翼的气动特性起着至关重要作用的结论。