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研究生听工程技术讲座心得汇报第1次直升机风洞试验自主控制技术研究彭先敏高工2014年12月10日一、主要内容：1、风洞试验风洞是能人工产生和控制的气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。流体力学方面的风洞实验是指在风洞中安置的飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其余模型的互动作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。图12、直升机风洞试验直升机是利用旋转机翼提供升力，推进力和操纵力矩的飞行器。直升机具有垂直起降、空中璇停、机动灵活、低空低速飞行等特点，在军、民两方面的需求促进直升机技术的发展，直升机技术的发展又使直升机在个领域得到了更广泛的应用，截止2006年，全世界在役的直升机总数为53340架。图2对于直升机，主旋翼与机身及其部件（尾翼、短翼和外挂等）、尾桨之间存在着十分复杂的相互气动力干扰。这些复杂的气动力干扰往往给直升机的稳定性、操纵性及震动带来问题，成为影响直升机研制周期甚至成败的关键（图3图4）。图3图4法国航空研究院专家认为，研制直升机必须进行风洞试验：数值方法还远远不能精确计算旋翼和机身的性能；在旋翼机的研制过程中，风洞试验能够减少风险、节约经费；风洞试验可以使布局优化。直升机风洞试验在为直升机型号设计提供风动数据，探索新的气动外形，提示流动机理等方面起着关键的作用。直升机风洞试验的特点是旋翼需要动力使之旋转。在风洞吹风的情况下，旋翼模型高速旋转，在空气动力、惯性力、离心力的作用下，旋翼及其实验装置实际上处理周期振动状态的弹性系统，因此直升机风洞试验的难度大、技术复杂，有风险，准备时间长。3、自主控制技术自主控制是在通过在线感知、信息处理和控制重构得到的不确定环境里，在没有人干涉的条件下，以最优的方式执行控制策略，自主快速有效地适应环境，实现场景综述、故障检测、策略规划、避障控制等。常规控制和自主控制的主要区别在与：前者是基于数据驱动的，几乎不具备智能；而后者是基于信息，甚至是知识驱动的，可以具有很高的程度的智能，并能够应对意外的情形，新的控制任务和容忍一定程度的失败。自主控制可以看成是自动控制的高级发展阶段，涉及自动控制、人工智能、运筹学、信息论、系统论等多种学科。自主水平层次：实现所描述目标的能力；适应主要环境变化的能力；发展自我目标的能力。4、关键技术及解决方案通讯技术、自动配平技术、HUMS技术、试验调度指挥技术。4.1通讯技术构建基于Winsocket控件的命令通讯方式。Winsocket是Windows网络编程事实上的标准，使程序员能充分地利用Windows网络编程事实上的标准，使程序员能充分地利用Windows消息驱动机制进行网络编程。DataSockets基于Microsoft的COM和Activex技术，基于TCP/IP协议并对其进行高度封装，面向测量和自动化应用，用于共享和发布实时数据，是一种易用的高性能数据交换编程接口。它能有效地支持本地计算机上的不同应用程序对特定数据地同时应用，以及网络上的不同计算机多个应用程序之间的数据交互。4.2自动配平技术直升机风洞前飞配平试验是一句数据采集于监视系统提供的天平实时载荷变化，改变直升机旋翼模型的姿态，来逐步逼近、直至最后达到指定试验状态的过程。形象地说，前飞配平试验就像是在风动里开直升机。1)构建基于神经网络的自动配平技术。“学习”样本手机与控制精准之间的矛盾是人工神经网络技术应用与自动配平的最大障碍；2)构建基于模糊控制的自动配平技术。模糊控制是近代控制理论中的一种高级策略和新颖技术，其基于模糊数学理论，通过模拟人的近似推理和综合决策过程，使控制算法的可控性、适应性和合理性提高，是只能控制技术的一个重要分支。一个模糊控制系统简略来说就是：模糊化-逻辑判断-反模糊化这样三步走的过程。构建基于模糊控制的自动配平技术，以俯仰矩Mz为例，如果采用矩形分布的隶属函数，则模糊子集“大很多”的隶属度函数为：10001001)(xxxA当x=100时，A(x)=1,属于“大很多”；而x=99.9999时，A(x)=0，即不算“大很多”。经过试验验证，系统能够适用于各种模型的前飞配平试验，适宜性表现良好，参数调整方便；配平精度优秀，平均系数配平精度优于5‰，力矩配平误差小于3Nm，水平力绝对误差优于0.000005；系统影响速度快，可以再启停风阶段保持力矩跟随；操作简单方便，不再像以往必须依靠熟练操作手才能胜任。5、HUMS技术HUMS称为直升机健康管理系统。它是一个的集航空电子设备、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统。它包含一系列的传感器，并通过各种算法监控发动机、传动系统、旋翼系统和机架的状态，HUMS主要由状态监控和使用监控两部分组成。目前的HUMS系统由原来的状态与使用检测系统转化为状态与使用管理系统（第四代产品）。其发展方向是智能化、开放式的体系构架、可升级、通用化。如：美国Smith公司基于SH-60B（海鹰、反潜、反舰直升机）。HUMS技术：运行信息收集运行状态收集设备维护信息故障诊断技术试验操作顺序6、试验调度指挥技术①试验操作命令操作令包括联网信息、操作指令、状态信息等方面内容；操作命令采用应答的方式运行。②信息综合显示技术包括显示与语音提示③试验数据评估技术构建模型进行试验数据评估二、本人心得收获本报告对风洞试验、直升机风洞试验等进行了概述，对直升机风洞试验自主控制技术的研究情况进行了详细概述。重点是基于模糊控制的自动配平技术，另外对后续研究的内容实施方法进行了概述。