柔性飛行器的案例
長航時無人機關鍵技術研究進展
早期長航時無人機軌跡控制系統設計，主要在穩定風場假設下展開.Silvestre等[123]基于剛體近似理論，將柔性模態作為擾動加入控制系統中，設計了輸出反饋控制器，實現了大柔性飛行器的俯仰角速率跟蹤.Haghighat等[153]設計了應用于長航時無人機的多目標魯棒控制器，使用線性矩陣不等式方法將控制器設計描述為凸優化問題，當配平速度變化時，在魯棒控制器作用下，長航時無人機的穩定性和閉環系統性能仍能保持良好.Che等[154]針對強剛柔耦合的輕質結構大展弦比柔性飛行器設計了L1增廣自適應控制器，該控制器用于保持飛行器巡航高度以及抑制機身顫振，其結構框圖如圖12所示.結果表明，L1自適應控制器能夠在30～130 psf之間保持穩定并且達到良好的性能指標.
展開 飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執行軍用任務的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機飛行器，四旋飛行器的發展并不能說是一帆風順。但隨著新材料、微機電、飛機控制等技術的不斷發展，多旋翼飛行器在實現微小轉化后，已經擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續航，融合多功能的四旋翼飛行器。機身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統金屬材料，結構性增強的同時，質量可以減輕25%。超輕機身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續航性能，在-40℃的環境下，容量保留率仍能達到70%。高密度電池實現超長續航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發的高效率超輕無刷電機，電能轉化效率高達81.9%，最大速度可達到70KM/h，最大爬上速度可達5m/s,懸停時長最高可達100分鐘。輕量化動力系統，實現超高的巡航里程！
展開 我國超高速風洞預計2022年建成，天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
在央視報道中，出現了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學城，一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風洞將于明年建成。
飛行器在天上飛，空氣不動，但是我們在地面上的時候，沒有辦法讓飛行器去飛，需要做一個飛行器的模型固定在這，在風洞產生高速的氣流吹這個模型，模擬它在天上飛的過程，這個就是風洞。
爆轟驅動超高速高焓激波風洞簡稱為JF22超高速風洞于2018年3月正式啟動，現在已進入現場安裝階段，完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝，并通過專家組中期檢查，將于2022年建成。
▲JF22超高速風洞儀器安裝現場
就是這樣一個項目，經歷數代研發者的不懈努力，在錢學森、郭永懷部署的戰略方向上一路攻關，從高溫材料、到異型構造、再到傳感器設計，科研團隊在無人區反復探索，終于實現了從理論創新到技術創新的跨越。
直到2012年，總長265米、試驗段直徑達3.5米的JF-12復現風洞研制成功，可復現5到9倍聲速的飛行條件，實驗時間超過100毫秒，比其它同類型的激波風洞提高1個量級，成為國際最大、整體性能最先進的激波風洞，為我國航空航天重大任務研制提供了關鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃，JF-22超高速風洞可以復現相當于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術就是通過正向爆轟驅動器為基本功能，提供平穩的驅動氣流，風洞的試驗能力要比JF-12驅動能力提高10倍。
▲JF12復現風洞
中科院力學所研究員、懷柔激波風洞項目負責人姜宗林說，JF-22風洞的目標是助力天地往返系統，若成功可以把衛星和航天器發射費用減掉90%。
展開 多旋翼+螺旋槳型eVTOL飛行器飛行性能簡要評估
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復合式直升機。電動多旋翼相當于復合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進器，多旋翼的支撐結構可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負擔。
共軸雙槳復合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數量，電動螺旋槳數量以及安裝位置、結構布局。
懸停狀態飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應快；電動旋翼同型號的數量多，便于設計交替冗余使用。遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。
起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結構能夠進行翼型設計，前向飛行時產生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 
世界最大飛行器，“飛天屁股”即將上天，可連續飛行兩周，中國的也來了
可能有些朋友還記得前幾年出現的一個被人們戲稱為“飛行屁股”的巨型飛艇，來看看它的樣子，從其前面的角度來看，真不是一般地驚艷，這個名稱真的是太形象太傳神了。
實際上這架飛艇的名字叫做Airlander 10，中文譯名多為“天空登陸者”，但由于其造型太過性感，人們大多只記住了“飛天屁股”這個名字，它由英國Hybrid Air Vehicles （HAV）混合空中飛艇公司設計和制造。
其造型既像飛艇也像飛機，而且它體積巨大，是全球最大飛行器，長度達92米，寬44米，高30米左右，僅上面用來載人和裝貨的船艙就長達46米，寬6米，占地面積約195平方米（非長方形）。
單從體積上來說，它要比波音747、空中客車a380、乃至安225等巨型飛機都更大，有人稱它是世界上最大的飛機，但很顯然它應該歸類為飛艇，所以應該稱其為世界上最大的飛行器，其內部至少可以注入3.8萬立方米的氦氣，可以將它托浮到六千多米高。
但是一般情況下它只會在500~1000米的高空中飛行，通常不會超過1500米，除非是連續多日的長距離飛行，理論上它可以連續飛行兩個星期，載人的情況下可以連續飛行5天。
Airlander 10依靠四臺325馬力的渦輪增壓柴油發動機驅動螺旋槳引擎提供動力，飛行時速度可達每小時150公里，雖然它的速度要比飛機慢，但是它的好處是不需要在機場降落，相對比較空曠的地方它都可以起飛和降落，甚至在雪地冰面乃至在海面上都可以隨時請假。
展開 飛行器系統仿真與驗證
依據軌跡計算結果，建立系統級總體仿真模型，根據目標軌跡與實際軌跡的相對位置設計導引律，從導引律求出理論飛行狀態，理論飛行姿態與瞬時姿態比較得出差值，把差值送到設計的姿態控制律，得到理論舵角，理論舵角與實際舵角的差值送到執行機構，控制執行機構動作。
執行機構動作控制舵面改變飛行姿態，通過姿態動力學方程可以得出姿態角速度變化信息，姿態角速度變化信息可以通過飛行器受力和力矩變化，進而通過機體質心動力學和運動學求出質心變化，再與目標軌跡比較，形成一個閉環。
圖
1
基于Amesim的
飛行器
系統仿真
模型構成
2.2 飛行剖面與大氣環境
根據前期的軌跡計算結果，利用飛行剖面定義模塊，用戶可以與大氣參數模塊相結合，實現不同工況條件下大氣環境參數與飛行器模型的交互，從而分析不同環境下飛行的性能。
圖2 飛行剖面配置模塊
Simcenter Amesim航空航天庫提供了多種大氣環境模型且應用靈活，包含國際標準大氣ISA-1976、美國標準大氣NASA-TM-X-74335、國際民用飛行器組織ICAO的大氣標準，還可以分析溫帶、寒帶、熱帶以及極地環境的大氣條件，可以計算出不同高度的大氣壓力、溫度、密度、聲速、粘度以及熱導率等大氣屬性。同時模型還可以通過表格形式，支持用戶自己的實測大氣數據，方便用戶自定義使用。
圖3 航空航天庫中大氣環境模型、與飛行剖面定義
下面是不同大氣模型下，溫度、壓強、空氣密度、聲速與海拔高度的應對關系。
展開 撲翼飛行器國內外研究狀況
作者：劉錦波，特立書院
背景知識
撲翼飛行器背景介紹
撲翼飛行器，是指像鳥—樣通過機翼主動運動產生升力和前行力的飛行器，又稱振翼機。人們的飛天夢想就是從模仿鳥類的撲翼機開始的。撲翼機以它無需跑道、機械效率高等優點吸引了人們的注意，但由于目前對撲翼空氣動力學研究不足、材料和結構研究較少等，發展尚不成熟。但正因為不夠成熟，出現了政府、民間、專業、業余呈百家爭鳴的局面。只要完成對幾大難點的破解工作，撲翼飛行器的上天便指日可待了。
撲翼飛行器早期歷史研究
人類對撲翼飛行器最早的創意可以追溯到古希臘工匠代達羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。而最早符合現代工程學的撲翼飛行器設計圖的出現則直到文藝復興時期，由意大利畫家達·芬奇模仿鳥類飛行而繪制的。1874年，法國科學家馬雷以連續拍照的方式記錄下了鳥類在撲翼時的復雜動作，以當時的技術水平是不可能完成的。
1878年倫敦博覽會上，兩架撲翼機首次獲得展示。當時考夫曼設計的帶有蒸汽機的撲翼機方案引起了人們的極大興趣；英國人哈爾格萊夫制成了一架帶有發動機的撲翼機實用模型；德國人李林塔爾研制的撲翼機上裝了一臺小型發動機，為人力提供輔助力量；他們的理論和實踐成為撲翼機發展史上重要的里程碑。
早期人類對撲翼機的探索可謂不遺余力，但由于空氣動力學、控制裝置的研究尚不成熟，制作撲翼機的材料也比較單一，撲翼機的研究進展并不順利。隨著現代電子計算機、新型復合材料、控制技術等高科技領域的迅速發展，研制撲翼機也有了新的動力。
人類對撲翼飛行器最早的創意可以追溯到古希臘工匠代達羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。
展開 飛行器尾舵純模態試驗
由于其獨特的環境和地理優勢，加之臨近空間飛行器的應用，使得臨近空間在未來空-天聯合作戰中扮演至關重要的角色。
有別于常規的飛機和航天器，臨近空間飛行器具有其自身的顯著特點及難點。在臨近空間區域，盡管大氣濃度已相對較低，但仍有一部分氣動升力和大氣層中的氧可供使用， 且長時間飛行空氣阻力尚不能完全忽略不計，因此，難以完全實現離心力平衡重力的軌道力學原理飛行。考慮到以上問題，工程師在設計之初就為其增加了操縱尾舵，以保證飛行器能夠保持高升阻比以及較好的穩定控制能力。
圖1 不同飛行器的尾舵
尾舵一般由舵機、舵軸和舵面三部分構成，在系統工作時，舵機根據所接收到的指令驅動舵面旋轉到指定的工作位置，從而實現對飛行器飛行姿態、方向的有效控制，增強飛行器的穩定性，改善飛行器的操縱性能。尾舵的工作動力學特性不僅關系到飛行狀態質量與制導精度，還直接影響飛行器的可靠性及安全性。
圖2 尾舵裝配示意圖
隨著設計水平的不斷提高，飛行器的飛行速度也愈加快速，其氣動彈性問題也日益突出。在不同的飛行狀態下，尾舵會受到不同的激勵，產生不同的振動模態，導致尾舵產生不同形式、程度的形變，進而影響尾舵的工作特性及穩定性。在飛行控制中，尾舵控制系統的顫振問題是一個備受關注、亟待解決的問題。因此，尾舵系統顫振分析是飛控設計的重要一環，而顫振的發生與尾舵系統振動特性密切相關，由此可以得知，尾舵系統模態參數是尾舵控制系統中的一個重要指標。
展開 仿生撲翼飛行器的控制系統
，其體型小且多采用柔性結構，易受擾動的影響，傳感器和執行機構隨著尺寸的減小性能急劇下降，需要更穩定的控制系統。
基于Nastran軟件的飛行器舵系統模態研究
摘 要：本文基于Nastran軟件的模態計算方法，研究了飛行器舵系統模態敏感因素，可以指導舵系統結構剛度設計，舵面剛度和舵軸剛度變化對舵系統旋轉頻率和彎曲頻率均有影響，其中對舵系統彎曲頻率影響相對較大；舵機剛度和搖臂剛度變化主要對舵系統旋轉頻率有影響，對彎曲頻率影響很小；舵軸軸承支撐剛度變化主要對舵系統彎曲頻率有影響，對旋轉頻率影響很小。
關鍵詞：Nastran；飛行器；舵系統；模態
1 引言
舵系統是飛行器控制系統的重要執行機構[1]，與以往傳統的飛行器結構相比，新型飛行器舵尺寸與質量占比越來越大，舵自身模態對整體結構姿態的影響較大，控制系統設計不準確，可能會導致產品飛行時失控[2]；同時，舵系統具有強非線性，飛行時，在氣動力作用下，舵系統低頻頻率可能會與飛行器彈性頻率耦合，導致飛行器失穩，當舵系統旋轉頻率和彎曲頻率靠近時可能會導致飛行器發生顫振破壞。
目前舵系統動力學特性主要是靠模態試驗驗證，缺少在舵系統設計完成之后即對模型進行動力學建模和分析評估[3]。舵系統涉及多個結構的配合并且有較多間隙，上述對舵系統動力學特性有較大影響；舵系統模態試驗不能考察系統各環節對舵系統整體動態特性的影響，而且工程實際中存在舵系統試驗模態值偏低及一致性較差的問題[4]。因此，有必要基于仿真計算方法對飛行器舵系統模態敏感因素進行研究，以便指導舵系統結構設計，滿足舵系統模態要求。
本文基于Nastran軟件的模態計算方法，開展理論分析及仿真計算研究，工程應用價值明顯。以某飛行器舵系統為研究對象，其主要由空氣舵（舵面和舵軸）、舵機和傳動機構組成，傳動機構包括舵軸支撐軸承、搖臂和銷軸等結構。舵系統工作模式是舵機將電能轉換為機械能產生直線運動，通過傳動機構帶動舵面偏轉。
展開 國外先進軌道轉移飛行器典型項目
前 言
隨著太空任務的要求逐漸提高，軌道轉移飛行器作為一種經濟實用的運載方式廣受各國關注。軌道轉移飛行器具有一般航天器不可比擬的優勢，如機動能力強、使用方便靈活、可在軌自主運行、節省燃料等，可將物資與人員精確送入其運行軌道。它的出現大大增強了空間運輸系統的服務能力，近年來被各航天強國爭相研制。
軌道轉移飛行器
軌道轉移飛行器(Orbital Transfer Vehicle，OTV)又稱為太空拖船(Space tug)，其通常使用運載火箭發射入軌，擁有較強的在軌機動能力以及自主運行能力，是一種在軌道之間進行貨物與人員運輸的在軌飛行器。
軌道轉移飛行器除了進行最基本的空間在軌運輸服務，提供空間資源配置與協助航天器轉移至目標軌道外，還能作為空間武器裝備搭載平臺，部署反導武器和反衛星武器，在有作戰需求時快速投入戰斗。此外，軌道轉移飛行器還有望進行在軌服務，如在軌燃料加注、在軌航天器維修等。甚至，軌道轉移飛行器還可以破壞競爭對手的軌道資源，將對方衛星推離正常工作軌道。
展開 
飛行器總體設計
飛行器總體設計.pdf
行業應用方案 | 飛行器外氣動
當今航空航天技術發展迅猛，以微電子技術為基礎的光電技術、生物技術、超導技術、納米技術和計算機、新材料、新能源、傳感器技術等一系列相關領域技術的迅猛發展，使得航天飛行器的發展也進入了一個前所未有的巨變期。
飛行器將出現高速化、隱身化、無人化、精確化、信息化的趨勢。展望未來，下一代飛行器設計與目前流行的管狀和機翼結構有根本的不同，預計未來幾十年內會研制出一系列全新的飛行器，如高超音速攻擊機、無人攻擊機、無人作戰飛機、微型、超微型偵察機、智能結構飛機、超音速巡航導彈、空天飛機、軌道攻擊武器、全面攻擊武器系統等。
這些飛行器是隱身技術、高超聲速技術、無人機技術、動能技術、航天技術及激光技術的綜合應用，他們將代表一個新型飛行武器時代的來臨。
同時，未來飛行器的發展對空氣動力學提出了嚴峻的挑戰，而飛行器外氣動及相關領域的進展又將對未來飛行器性能的提高帶來巨大的影響，有些可能是革命性的影響。計算流體動力學（CFD）技術的進展可使飛行器的設計、優化很容易在計算機上完成，不僅可大大節省研制費用，縮短研制周期，還可方便地進行優化設計，以獲得飛行器的最佳性能。可以預見，空氣動力學科發展和CFD的相互作用，將推動人類飛行器不斷向前發展。
展開 行業應用方案 | 飛行器外氣動
Ansys 行業應用方案連載（19） | 飛行器外氣動
當今航空航天技術發展迅猛，以微電子技術為基礎的光電技術、生物技術、超導技術、納米技術和計算機、新材料、新能源、傳感器技術等一系列相關領域技術的迅猛發展，使得航天飛行器的發展也進入了一個前所未有的巨變期。
飛行器將出現高速化、隱身化、無人化、精確化、信息化的趨勢。展望未來，下一代飛行器設計與目前流行的管狀和機翼結構有根本的不同，預計未來幾十年內會研制出一系列全新的飛行器，如高超音速攻擊機、無人攻擊機、無人作戰飛機、微型、超微型偵察機、智能結構飛機、超音速巡航導彈、空天飛機、軌道攻擊武器、全面攻擊武器系統等。這些飛行器是隱身技術、高超聲速技術、無人機技術、動能技術、航天技術及激光技術的綜合應用，他們將代表一個新型飛行武器時代的來臨。
同時，未來飛行器的發展對空氣動力學提出了嚴峻的挑戰，而飛行器外氣動及相關領域的進展又將對未來飛行器性能的提高帶來巨大的影響，有些可能是革命性的影響。計算流體動力學（CFD）技術的進展可使飛行器的設計、優化很容易在計算機上完成，不僅可大大節省研制費用，縮短研制周期，還可方便地進行優化設計，以獲得飛行器的最佳性能。可以預見，空氣動力學科發展和CFD的相互作用，將推動人類飛行器不斷向前發展。
展開 Ansys學習之飛行器氣動加熱（1）
（6）接下來對Materials模塊中流體部分的氣體air設置為ideal-gas模型，實際計算中氣體壓強與飛行器所處高度有關，本文不區分。因為暫未進行流固耦合計算，固體部分不需要改動。
（7）邊界條件設置簡單地可將流體外邊界全部設置壓力遠場邊界，一般也可在前端邊界設置為壓力遠場，后端設置為壓力出口邊界。本文計算采用2馬赫，迎角為0度。
（8）求解設置如下。
（9）點擊initial初始化。
（10）最后是設置迭代步數，即可開始計算。
（11）收斂曲線如下：
在上文中，我們已經學習了飛行器氣動生熱的內容，但是只考慮了流體部分的性質，實際上我們更為關注的是飛行器部分的性質。飛行器表面溫度升高，熱量不斷向結構內部傳導，此時需要進行流體-固體耦合分析。在得到部件溫度后還可進行溫度荷載下的熱應力分析。
很多工程場景是相通的，背后涉及的物理過程是一致的，例如芯片等電子元器件的散熱分析，電池系統的熱控制，均與本文的分析過程相似。對于基本問題的學習，有利于我們在各種工程問題上應付裕如。接下來我們一起來學習流固耦合。主要步驟如下：
（1）首先在建模時需要考慮的是各個部分應該處于連接的狀態，一種方式是共節點，另外一種方式是設置接觸面，本文采用共節點的方式，如下圖所示，選中各個部分右擊Form New Part即完成共節點設置。
（2）在設置共節點后進行網格劃分，可以看到各部分連接處是共用節點單元的。
（3）在瞬態計算前先進行穩態計算，穩態計算與上文中的設置相同。對于瞬態計算，由于有時間變量，因此需要設置時間步長，理論上時間步長越短計算越穩定，但過短的時間步長會導致計算較慢。
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