飞翼布局无人机抗侧风自动着陆控制技术研究

摘要

飞翼是一种非常规的气动布局，是未来飞行器设计的一种方向。飞翼气动布局在带来气动效率高、阻力小、航程远和隐身性能好等很多优点的同时，也存在着横侧向稳定性不够好，舵面气动效率低以及在低空低速阶段控制难度大、易受干扰等问题。本文在对飞翼飞机进行详细研究的基础上，针对以上问题，提出了一些新的控制方法，给出了相应的控制系统详细设计，并进行了仿真试验和各种控制方法的比较研究，实现了飞翼布局无人机在大侧风状态下的自动着陆。 本文首先建立了飞翼飞机在典型状态下的数学模型，然后将飞翼飞机同常规飞机在飞行特性、稳定性和操纵性等各个方面做了比较，并设计了飞翼飞机的横侧向增稳系统。 通过对飞机下滑着陆过程的详细分析，本文将其分为五个阶段，并进行了具体的描述，同时也明确提出了在各个阶段的控制任务和控制策略。进一步分析了飞翼飞机纵向运动的特点，设计出自动着陆精确轨迹跟踪控制系统。 然后叙述了复杂气象条件下飞机的飞行以及侧风扰动对着陆的影响。通过分析飞翼飞机的横侧向特性和建立在侧风条件下的飞机模型，设计了三种抗侧风自动着陆控制系统。通过对三种控制系统的仿真和比较，得出了三种方案各自的优缺点和适用范围。同时也解决了飞翼飞机的航迹校正、航向修正等问题。 最后通过系统分析，建立了飞翼无人机在三轮滑跑阶段的数学模型，提出了在滑跑过程中的控制策略和方法，并进行了仿真实验。 大量仿真证明本文设计的控制规律和控制系统对于飞翼布局无人机的抗侧风自动着陆是切实可行的。