飞行导引系统低速保护功能设计
低速飞行器动力系统设计
低速飞行器动力系统设计随着无人机技术的不断发展，低速飞行器在农业植保、物流配送、资源监测、航拍摄影等领域得到了广泛应用。
低速飞行器与高速飞行器不同，其运行效率更高、空气动力学更可控、作业灵活性更强、运行安全性更高等优点让低速飞行器成为了市场热门。
然而，低速飞行器在固定翼和旋翼方面的设计、材料和技术与高速飞行器有较大差异，尤其是与动力系统相关的设计。
低速飞行器动力系统的设计主要包括发动机、电机、电池、传动系统等。
本文就低速飞行器动力系统设计过程中需要注意的几个关键环节展开论述。
一、发动机选型低速飞行器一般采用电动机或者内燃机作为动力源，其中内燃机还分为两冲程和四冲程。
电动机和内燃机各有优缺点，需要根据实际需求进行选择。
电动机具有节能环保、噪音小、维护简单等优点，但是电池重量较大、航程短、使用寿命有限，不适合需要长时间飞行的作业。
内燃机则具有航程远、结构简单、负荷能力强等特点，但是噪音和污染较大，需要进行消音和排放处理。
对于发动机的选型，需要综合考虑低速飞行器的飞行速度、升力和荷载等因素。
选择适当的功率和转速可以满足不同的作业需求。
同时，还需要关注发动机的重量、体积和可靠性等方面，确保飞行器的稳定性和安全性。
二、电池选型电池是低速飞行器中不可或缺的部件，其性能直接影响飞行器的续航能力和使用寿命。
目前，低速飞行器主要采用锂电池、铅酸电池或者镍氢电池。
锂电池具有高能量密度、轻量化等优点，但是成本相对更高；铅酸电池成本低，但是重量大、寿命短；镍氢电池具有较高的能量密度和寿命，但是重量较大，并且在低温条件下性能降低。
选择适当的电池需要参考低速飞行器的负载量、航程距离和环境温度等因素。
同时，还需要考虑电池的安全性和电池管理系统的性能，保障电池的充电和使用安全。
三、传动系统设计传动系统是低速飞行器中连接发动机和螺旋桨的关键部件，其设计直接影响低速飞行器的效率和可靠性。
传动系统的主要部分包括传动轴、联轴器、齿轮箱等。
航空推进系统设计与性能分析
航空推进系统设计与性能分析航空推进系统是支持飞行器起飞、飞行和着陆的关键部件。
因此，航空推进系统的设计和性能分析对于航空器的安全性和运行成本具有重要的影响。
本文将从航空推进系统的设计原则、组成部分、性能分析以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、航空推进系统的设计原则航空推进系统的设计原则主要有三个方面，即可靠性、效率和安全性。
首先，可靠性是航空推进系统最重要的设计原则。
飞行器在高空飞行时遭遇故障或失效的风险非常高，所以推进系统必须具备高可靠性，以确保飞行器能够安全地起飞、维持飞行和安全降落。
其次，效率是航空推进系统的另一个设计原则。
航空推进系统需要高效地转化燃料能源为推力，以提高飞机的动力和经济性。
最后，安全性也是航空推进系统的重要设计原则。
航空推进系统需要具备有效的安全措施，以防止火灾、爆炸和其他种类的事故。
二、航空推进系统的组成部分航空推进系统通常由涡轮发动机、推力传动系统、进气系统和燃油系统等部分组成。
其中，涡轮发动机是推力产生的核心部件，推力传动系统用于将发动机产生的推力传递到飞机的起飞和飞行部分，进气系统和燃油系统用于提供空气和燃料供给涡轮发动机。
1. 涡轮发动机涡轮发动机是航空器的主要动力装置，其工作原理基于燃气的热膨胀原理。
目前，主流的涡轮发动机有两种类型，即涡扇发动机和涡桨发动机。
前者使用涡扇螺旋桨产生推力，后者使用涡轮螺旋桨产生推力。
涡轮发动机具有高效可靠和高推力输出等优点。
2. 推力传动系统推力传动系统将涡轮发动机产生的推力传递到飞机以产生起飞和飞行动力。
主要包括推力反作用系统和涡轮发动机驱动附件系统。
推力反作用系统根据牛顿第三定律，向相反方向产生反作用力，从而推动飞机前进。
涡轮发动机驱动附件系统的主要任务是驱动涡轮发动机的附件，如发电机、空调等。
3. 进气系统进气系统将空气引入涡轮发动机中，以在燃烧中产生高压高温的燃气，驱动涡轮发动机输出推力。
进气系统的设计需要考虑空气流量、压力和温度等因素。
低速飞行器的飞行控制系统设计与优化
低速飞行器的飞行控制系统设计与优化在飞行控制领域，低速飞行器是一类极具挑战性的设计项目。
这些小型飞行器往往需要集成多种传感器和控制算法，以实现高效、准确的飞行控制。
本文将探讨低速飞行器的飞行控制系统设计与优化问题，讨论一些重要的设计考虑因素和最佳实践。
一、确定控制目标首先，需要确定低速飞行器的控制目标。
这些目标可能包括悬停、航迹跟踪、姿态控制等等。
在确定目标方向后，需要建立适合目标的控制系统模型。
这个模型应该包括飞行器动力学和环境动力学。
动力学模型是传感器和控制算法所需的输入，因此，必须确保其准确可靠。
二、选择传感器传感器是确定低速飞行器位置、姿态、速度和加速度信息的关键组件。
对于低速飞行器，常用的传感器包括全向光流传感器、机体姿态传感器、地磁传感器和超声波传感器。
这些传感器可以为不同的控制任务提供不同的测量结果，并且可以使用滤波技术来减少传感器误差。
三、控制算法选择选择控制算法通常基于飞行任务和性能需求。
PID控制器是常用的控制算法，它结合了比例、积分和微分元素来控制系统状态。
但是，对于低速飞行器，PID控制器可能无法满足需求。
这时，就需要使用高级算法，例如模糊逻辑控制器、自适应控制器和智能控制器等。
四、控制系统架构设计控制系统架构设计是控制系统模型、传感器和控制算法之间的集成。
一般来说，低速飞行器的控制系统可以由传感器反馈和控制算法输出两个主要部分组成。
控制系统还应该考虑到噪声滤波、故障检测和控制执行等方面。
五、飞控芯片选择飞控芯片是整个飞行控制系统的核心。
目前市场上提供了很多不同的飞控芯片选择。
选择适合低速飞行器控制的飞控芯片需要综合考虑功耗、成本、计算速度和程序设计能力等因素。
例如，一些低功耗、低成本的微控制器适合小型低速飞行器，而一些大功率、高速计算能力的计算机则适合大型高速飞行器。
六、控制系统性能优化一旦控制系统被安装到飞行器上，就需要进行调试和性能优化。
性能优化可以通过调整传感器和控制算法参数来实现。
导引头伺服控制系统设计与开发
导引头伺服控制系统设计与开发导引头伺服控制系统设计与开发一、引言导引头是一种用于精确指向并追踪目标的装置，广泛应用于导弹、火箭、飞机等领域。
其中，导引头伺服控制系统是导引头能够实现精确指向目标的核心部件。
本文将围绕导引头伺服控制系统的设计与开发展开探讨。
二、系统架构导引头伺服控制系统的架构主要包括传感器、信号处理单元、控制算法和执行器。
传感器负责感知导引头与目标之间的相对位置，将信号传递给信号处理单元进行处理。
信号处理单元对传感器信号进行滤波和放大等处理，提取出目标相关的信息。
控制算法根据目标信息和系统状态，计算出合适的控制策略，并发送给执行器执行。
执行器通过控制导引头的姿态，并通过反馈信号实现闭环控制。
三、传感器选择在导引头伺服控制系统中，传感器起到了关键的作用。
传感器的选择应考虑到性能要求和实际应用需求。
一种常用的传感器是陀螺仪，它可以测量导引头的角度和角速度，提供精确的姿态信息。
另外，加速度计可以提供导引头的线加速度信息，进一步提高系统的稳定性和精度。
四、信号处理信号处理是保证传感器信号质量的重要一环。
通过信号处理，我们可以滤除噪声、提取目标信息，进而更好地进行控制。
一种常用的信号处理方法是卡尔曼滤波，它能够估计出系统的状态，并预测未来的状态。
同时，为了提高系统的实时性，还可采用数字信号处理方法，如快速傅里叶变换等。
五、控制算法在导引头伺服控制系统中，控制算法是决定导引头姿态的关键因素。
常用的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数，实现对系统的准确控制。
模糊控制通过模糊逻辑和模糊规则，根据输入的误差和误差变化率输出一个模糊的控制量。
自适应控制则通过监测系统的动态性能和稳定性，根据实时的系统状态自适应地调整控制参数。
六、执行器设计执行器是导引头伺服控制系统中的输出部件，它负责根据控制指令使导引头运动到期望的位置。
低速飞行器设计与控制技术研究
低速飞行器设计与控制技术研究近年来，低速飞行器（Low Speed Aircraft，简称LSA）越来越受到研究人员和普通民众的重视。
相较于传统的载人飞行器，LSA在机身设计、发动机动力、起降需求等方面有着独特的应用需求和技术特殊性。
因此，对于LSA的设计和控制技术研究，具有非常重要的现实意义和学术价值。
LSA的类型和应用领域LSA是指空速小于120节（222公里/小时）且最大起飞重量小于1,320磅（600公斤）的飞机。
通常情况下，LSA可以包括轻型飞机、微型飞机、驾照自制机和实用类无人机等多种类型。
相较于传统的民用飞机和商用飞机，LSA更适用于个人娱乐飞行、私人定制飞行、空中摄影测量和农业植保等特殊领域。
LSA的设计和控制技术研究LSA的机身设计和工程技术方面，需考虑飞机的结构轻量化、航空材料使用、液压控制技术、座舱设计、燃油供应和电子设备等特殊需求。
在发动机设计方面，LSA在能耗、油耗、动力输出、空气轮廓适配等技术层面都比传统飞机有不同的优势和限制。
LSA的控制技术则是整个研究领域中最为核心的一个方面。
相较于传统飞机，LSA需要更多的人工干预和控制技术。
LSA的飞行控制涉及到空气力学、惯性导航、电子设备、信号分析和自动控制技术等多个领域。
因此，针对LSA飞行控制的研究不仅需要对上述技术进行深入的研究，而且需要发展出适用于LSA飞行特殊需求的新技术。
当前LSA的研究热点和前沿领域随着LSA的多方面应用和逐渐完善的技术体系，LSA研究的热点和前沿领域也在不断拓展。
其中，以下几个方面尤为受到关注：1. LSA运动控制技术的研究LSA需要更高效、准确和稳定的运动控制技术。
目前，一些新的控制器和线性动力学模型用于LSA的控制研究，预计在未来能够给出更快速、更容易使用的LSA控制方案。
2. 基于IoT技术的LSA智能控制基于物联网技术的智能控制成为了未来LSA控制和应用的新趋势。
这种技术利用多传感器数据、实时反馈和云存储等技术对LSA进行智能化控制和优化。
飞行器制导与控制系统优化设计及弹道仿真
分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文飞行器制导与控制系统优化设计及弹道仿真硕士研究生：马娜娜指导教师：于秀萍教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2014年12月26日论文答辩日期：2015年03月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M. EngAircraft Guidance and Control System Optimization Designand Trajectory SimulationCandidate: Ma NanaSupervisor: Prof. Yu XiupingAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpeciality: Control Theory and Control Engineering Date of Submission: December，2014Date of Oral Examination: March，2015University: Harbin Engineering University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。
有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。
除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。
哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。
低速飞行器的设计与控制
低速飞行器的设计与控制在现代科技的发展中，无人机已经逐渐地成为了许多领域的必备工具，特别是在军事、农业、民用等领域中，无人机具有着巨大的作用。
而在无人机中，低速飞行器的应用也越来越广泛。
本文将对低速飞行器的设计与控制进行探讨。
一、低速飞行器的定义与分类低速飞行器是指飞行速度较慢，一般在15m/s以下的小型无人机。
相对于高速飞行器，低速飞行器更轻便、灵活，且成本更低。
低速飞行器的应用多样，包括但不限于遥感测量、安防巡航、农业喷洒、建筑检测、环境监测等。
根据低速飞行器使用的场合，低速飞行器可以分为以下几种：1. 固定翼低速飞行器：具有较好的飞行稳定性和大范围的飞行高度，但对操控人员的驾驶技术有要求。
2. 垂直起降（VTOL）低速飞行器：直接起飞和降落，悬停能力强，但体积相对较大。
3. 直升机式低速飞行器：悬停能力强，但耗能较高，对操控人员的驾驶技术有要求。
二、低速飞行器的设计1.机身结构设计由于低速飞行器的飞行速度相对较慢，因此对于机身的设计可以更加简单。
在机身尺寸确定后，需要在机身上布置机载设备，并进行合理的布局，降低机体噪声和风阻力，以保证飞机整体的性能。
在固定翼飞行器的机身设计中，需要考虑机翼和机身间的配平，降低气动阻力，增强飞行稳定性。
同时还应注意机身的重心位置与飞机重心的对应关系，保证飞行器在飞行过程中具有稳定的飞行性能。
2.动力系统设计动力系统是低速飞行器不可或缺的部分，其性能直接影响飞行器的稳定性和飞行能力。
低速飞行器动力系统设计方面需要关注以下几个方面：（1）发动机的选择：发动机的功率和长期可靠性需要考虑。
（2）能源的选择：一般来说，低速飞行器的能源一般是电池，因此需要对电池类型、容量、充放电控制等做出具体的设计和选择。
（3）推进系统的设计：低速飞行器的推进系统一般选择螺旋桨，推进系统的设计和优化成为了影响飞机性能的关键。
3.传感器与数据处理系统设计理论上低速飞行器所携带的传感器和数据处理系统可以与高速飞行器一样，但是由于低速飞行器的重量和体积等因素限制，因此需要选择相对轻便，数据处理速度快且易于维护的传感器和数据处理系统。
旅客登机桥的自动导引系统与停靠控制技术
旅客登机桥的自动导引系统与停靠控制技术旅客登机桥是现代化机场的重要设备之一，它可以实现航班与候机楼之间的无缝连接，为旅客提供便捷的上下机体验。
旅客登机桥的自动导引系统与停靠控制技术是确保登机桥与飞机安全对接的关键，本文将详细介绍这一技术的原理和应用。
首先，为了提高登机桥的自动导引能力，现代登机桥普遍配备了多种传感器和导引设备。
其中最常见的是使用光电传感器来检测航班位置和姿态，通过与飞机数据进行比对，可以精确计算出登机桥应该导引的位置和角度。
此外，也会使用激光雷达等设备对周围环境进行扫描，以避免与其他飞机或地面设施发生碰撞。
其次，停靠控制技术是保证飞机与登机桥安全对接的关键环节。
在飞机停靠的过程中，登机桥需要实时监测飞机的位置和姿态，并根据预设的位置和角度要求，自动调整自己的位置和角度，以确保与飞机的对接稳定和准确。
这个过程中需要借助精密的电动系统和伺服控制算法，以及准确的传感器数据进行运算，实现对登机桥的精确控制。
为了进一步提高对接的安全性和稳定性，现代登机桥还配备了防风系统和自动随风功能。
防风系统通过感知周围环境的风速和风向，以及飞机的重量和尺寸，实时调整登机桥的稳定性，避免因风力过大而导致的安全隐患。
同时，自动随风功能可以根据风向的变化，自动调整登机桥的角度和位置，以确保与飞机的对接始终保持稳定。
此外，登机桥的自动导引系统与停靠控制技术还可以与机场的航班调度系统进行联动。
通过与航班调度系统的数据交互，登机桥可以准确了解航班的起降时间和停靠位置，以便提前做好准备工作，并确保与飞机的对接及时有效。
同时，登机桥还可以将相关数据反馈给航班调度系统，以供航班调度人员参考和决策。
总结起来，旅客登机桥的自动导引系统与停靠控制技术是现代机场运营中不可或缺的重要环节。
通过运用精密的传感器、导引设备和控制算法，登机桥能够实现对飞机的精准导引和停靠控制，确保登机和下机的安全和顺利进行。
而且，通过与机场的航班调度系统联动，登机桥还可以提高整体的运行效率和航班准点率。
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飞行导引系统低速保护功能设计
摘要根据现代商用飞机对低速保护功能的要求，分析了飞行导引系统低速保护模式在商用飞机上的设计需求以及考虑实际飞行条件下的约束条件，对计算低速保护功能激活阈值的参数进行了合理选择，并给出关键参数的计算公式，同时基于高度和速度包线确定了低速保护模式的工作区间和激活条件，合理有效地设计了低速模式的工作条件。
关键词飞行导引；低速保护；系统需求；约束条件；
0 引言
当代具有高度自动化控制系统的商用飞机都具有包线保护功能以减小飞行员在某些特殊飞行条件下的工作负担，特别是在某些低速飞行条件下的低速保护功能显得更为重要。
同时在之前商业航班运行中也有相关由于没有低速保护和告警功能而引起的的民航事故。
美国运输安全委员会（NTSB）对以往几十年与飞行导引系统相关的空难事故调查提供给联邦航空局（FAA）多份安全建议报告。
基于NTSA的报告联邦航空局民航条款制定咨询委员会下成立的飞行导引协调工作组随后提交报告，完成了对FAR25.1329的修正[1]。
1低速保护功能的系统需求
商用飞机飞行导引系统提供低速保护功能（USPD），而低速保护模式的触发条件和工作逻辑设计需求应该考虑多种因素，进而满足相关25部条款和相应咨询通报的要求。
联邦航空规章25.1329中提出当飞行导引系统使用时，飞行导引系统必须提供一种手段以避免超出正常飞行的速度包线，如果飞机已经超出正常速度包线，必须提供一种手段阻止飞行导引提供导引使飞机进入不安全的速度。
考虑到对条款和咨询通报符合性的理解以及对低速保护功能目的的确定，可以认为低速保护是避免飞机进入失速，在失速告警前进行的一种告警功能。
1.1 低速保护功能的设计要求
对于飞行导引系统中的速度保护功能设计标准可以通过以下方式实现。
飞行导引子功能之间的配合以及俯仰和推力控制的结合，速度保护的设计应该考虑速度保护应该怎样且何时结合自动驾驶仪、飞行指引和自动油门各自的功能起到速度保护的作用。
应该考虑使用合适的阈值来激活和退出速度保护，而不能使这种进入和退出速度保护成为一种对飞行机组的干扰[2]。
1.2低速保护功能设计约束条件
在飞行导引系统接通于任何模式（进近模式可能除外）下，当推力不足以保持安全的操作速度，低速保护功能应该激活以避免产生不安全的速度偏离。
当飞机空速从最优进近速度减速至低速保护激活的空速时，飞行导引系统保持既定的垂直路径，此时飞行导引提供导引以保持低速激活时的空速，而此飞机会偏离既定垂直路径。
飞行导引模式会改变且低速告警应该被激活以确保飞行员意识到飞机进入了低速区域。
2低速保护功能设计方法
2.1低速阈值参数的计算
低速保护功能的激活需要根据不同飞行构型下的飞行状态计算，其中机动速度（Vman）是计算阈值的重要参数。
Vman等于飞机在1g飞行时1.2倍的失速速度（Vs），根据飞机的局部迎角值来计算。
Vs是失速告警时的飞行速度。
在计算与低速保护系统激活阈值相关的参数时，需要失速速度和最小可飞行速度作为辅助的参数进行逻辑计算[3]。
但在触发低速保护模式的条件如果只使用Vman来触发USPD模式的激活，而Vman的计算是基于飞机的攻角变化，需要考虑飞机在不同构型（重量、襟翼、起落架、重心等）下速度的情况，在飞机全包线使用Vman进行USPD的触发，特别是飞机处于高高度的情况。
2.2基于速度包线的低速保护功能设计
基于重量重心包线，绘制不同重量，不同构型的失速速度线；然后绘制不同阈值条件（0.55马赫和0.6马赫）的速度线；绘制1.2Vs速度线，从而确定可用的速度-高度范围，并依此观察阈值条件的可用裕量。
经过定量分析与研究可以确定不同条件下低速保护模式的激活条件。
如果低速保护模式设计在0.456以上，不会给8000ft以下的飞行带来任何影响；低空飞行时，维持升力所需攻角较小，Vman一般也不会过增加过快，符合低空速度带过高的实际飞行情况，因此，可在低空不需要对低速保护模式进行抑制[4]。
2.3 低速保护模式激活逻辑
商用飞机在高高度飞行时，如果空速在0.80Ma左右，触发了低速保护（由于飞机抬头增大了飞机的攻角）也是符合逻辑的，即在高速时飞机也可能接近于失速，从飞机气动角度这是可以理解的，也应该被接受。
因此不需要在高速时对飞行导引的低速保护功能进行抑制。
按照当前空速带上显示的单位为准进行计算以判断是否进入USPD模式，即当前显示IAS，就按照Vman-5kts作为激活触发阈值，如果当前显示马赫数，就按照Mman-0.01作为激活触发阈值。
判断的阈值计算方法是：
Vmothreshold=Vmokts+5kts
一旦触发低速保护，主飞行显示器上显示USPD，但没有音响告警，同时飞机速度基准自动设置为Vman；根据自动驾驶仪和自动油门接通状态，飞机采用低头俯冲加速和增大推力来增加空速，如果自动油门断开，则不会自动接通。
3结论
低速保护功能是现代商用客机飞行导引系统必须具备的功能，本文分析了低速保护功能的设计需求并根据商用飞机的实际飞行条件给出了约束条件。
基于需求和约束条件分析，通过选择合理的低速保护激活阈值计算参数，确定了低速保护模式的工作区间和激活条件，并由此得出了低速保护模式激活的激活逻辑，合理有效地设计了低速模式的工作条件。
参考文献
[1]Don Harris，Helen C，航空安全与认为因素热点问题研究，北京：中国民航出版社，2007.
[2]F.Van Grass Ohio University/FAA Flight Test Demonstration Results of the Local Area Augmentation System（LAAS）”，ION GPS-97，Kansas City，Missouri，16th 19th，September，1997，1623-1629.
[3]Lambregts A.A.Vertical Flight Path and Speed Control Autopilot Design Using Total Energy Principles [J].AIAA Paper，1983，83-2239.
[4]J.Roskam.，Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Control，Roskam Publishing Incorp.，1979 （Part I & II）.。