红外与激光工程
2024, 53(1): 20230176
1 天津理工大学 电气工程与自动化学院 天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室，天津 300384
2 北京电子工程总体研究所，北京 100039
3 中山大学 智能工程学院，广东 深圳 518107
飞行器在高速飞行过程中，头部产生湍流流场，该流场使机载光学系统接收的目标图像发生偏移、模糊和抖动，这种气体流场对光学传播和光学成像的影响或作用称为气动光学效应。文中研究了典型钝头飞行器在不同高度对0°~15°攻角气动光学成像偏移的影响。使用软件对一种典型的钝头飞行器进行了建模和网格划分，基于计算流体力学使用Fluent作了大量的模拟计算，获得了飞行器不同工况下的周围的流场密度。通过密度和折射率的对应关系，得到了飞行器周围相应的折射率分布。使用反向光线追迹和停止准则，获得了成像偏移数据。结果表明：随着高度的增加，飞行器周围的大气密度减小。尽管不同高度的光线传播路径折射率分布图有着相同的变化趋势，但却有着不一样的变化程度。高度越大，光线传播路径上的折射率分布越平坦，成像偏移越小。从成像偏移斜率来看，随着高度的增加，成像偏移斜率越接近于0；随着攻角的增加，成像偏移斜率在往0的负方向增大。从成像偏移斜率的角度分析，低高度和大攻角都会引起较大的成像偏移值的变化。
气动光学 瞄视误差 攻角 成像偏移 aero-optics sight error angle of attack imaging deviation 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220671
1 上海交通大学 1. 微米纳米加工技术国家级重点实验室
2 2. 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 上海 200240
基于准稳态模型和动量理论, 探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题。针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题, 使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解, 得到实验样机的诱导角为15°。实验样机的实际升力为40g, 忽略诱导角后准稳态模型理论升力为46g, 而考虑诱导角的理论升力为37g, 验证了计算诱导角可以提高准稳态模型预测升力的准确性。基于实验样机翅膀被动扭转的实际, 采用最小二乘法计算出实际最佳几何攻角为55°, 能有效指导微型飞行器翅膀的设计, 从而提高飞行器最大升力和飞行效率。
微型扑翼飞行器 空气动力学 列文伯格-马夸尔特算法 最佳几何攻角 flapping-wing micro air vehicle aerodynamics Levenberg-Marquardt algorithm best geometric angle of attack
北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100101
针对一种微小型制导弹药结合气动计算和基于加速度计的弹体攻角估算方法, 进行了攻角辨识研究。建立了气动模型, 计算得到制导弹药典型飞行条件下的气动与平衡攻角数据。利用气动力特征建立了一种攻角辨识模型, 提出一种弹上惯性测量单元(IMU)硬件布局方案。结合试验数据, 给出了制导弹药的攻角辨识结果。与仿真结果的对比分析表明, 基于飞行试验数据的攻角辨识结果与气动仿真结果较为一致, 证明所提出的攻角辨识方法合理可行。
微小型制导弹药 攻角辨识 飞行试验 气动计算 aminiature guidedmunition attack angle identification flight test aerodynamic calculation
1 中国华阴兵器试验中心, 陕西 华阴 714200
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
攻角是指飞行中弹丸的轴线与其质心运动方向的夹角,是描述弹丸飞行姿态的重要参数,以往都是采用狭缝相机来进行测量.提出了一种基于高速面阵像机测量弹丸攻角的方法.该方法是从面阵序列图像每帧中提取出固定列像元,然后按时序拼接形成一幅图像,等同于线阵扫描的图像;对于扫描速度同影像运动速度不同步时,建立了攻角计算修正模型.采用2台像机从非正交方向进行拍摄,基于面面交会原理,得到三维攻角.实测结果表明:该方法能完成弹速达到1 000 m/s的目标测试,攻角测量精度优于0.1°.
常规**试验 高速像机 攻角测量 三维重建 conventional weapons test high-speed camera attack angle measurement 3D reconstruction
1 中国科学院 力学研究所, 流固耦合系统力学重点实验室， 北京 100190
2 中国科学院 力学研究所, 先进制造工艺力学重点实验室， 北京 100190
激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题，其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学(CFD)和有限元方法，对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布，利用有限元方法计算平板的温度分布，并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数，激光区域在6Ma条件下存在温度的谷值，小于等于6Ma条件下主要体现为冷却效应，而6Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加，使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。
超声速 激光辐照 流热耦合 数值模拟 攻角 supersonic laser irradiation flow thermal coupling numerical simulation angle of attack 强激光与粒子束
2014, 26(9): 091010
1 南京航空航天大学自动化学院导航研究中心，南京210016
2 成都飞机设计研究所，成都610041
攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题，引入飞行动力学模型，选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量，以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量，构建扩展卡尔曼滤波器，融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体，实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明，该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性，而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性，能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。
惯性导航系统 大气数据系统 飞行动力学 飞行控制 大攻角 inertial navigation system Air Data System(ADS) flight dynamics flight control high angle of attack
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 中国科学院研究生院，北京 100049
基于 CCD立靶坐标交汇测量原理，提出了通过测量弹头和弹尾过靶坐标进而解算出弹丸攻角的方法，使 CCD立靶测量系统在完成弹丸着靶坐标测量的同时，还可以完成弹丸攻角的测量。对 CCD立靶坐标测量精度进行了分析，推导了攻角测量的相关公式；结合试验，对攻角测量精度作了分析，对方法的可行性进行了验证。结果表明，利用 CCD立靶测量系统进行攻角测量的方法是可行的，用靶场已有的 CCD立靶测量系统可以来完成弹丸攻角的测量，从而充分发挥 CCD立靶测量系统的功能，使其应用范围更广。
CCD立靶 坐标测量 攻角 精度分析 CCD vertical target coordinate measurement attack angle analysis of precision
依据外弹道学和实验外弹道学的基本理论,提出应用线阵CCD测定飞行弹丸攻角的原理和方法.推导出飞行弹丸攻角的线阵CCD计算公式,并分析了存在的失真及其对结果的影响.
攻角 线阵 电荷耦合器件 飞行弹丸 attack angle linear array CCD flying projectile
清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室 北京 100084
提出一种使用梳状条纹插值法测量昆虫运动的方法，并实现了对扇动中的蜻蜓翅膀的弓形变形和扭转变形的测量。结果表明在扇翅运动中蜻蜓翅膀产生较大的弹性变形。这种测量可以帮助流体力学建立更为精确的翅膀模型，从而对蜻蜓飞行中的升力来源给出更为精确、科学的解释。
投影条纹法 昆虫 蜻蜓 变形 攻角 梳状条纹
