【摘 要】
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旋翼飞行器是指采用旋翼作为直接动力源实现飞行的一类飞行器。相比于传统的固定翼飞行器,旋翼飞行器具有对起降场地要求少、机动性强、结构相对简单、可靠性强等优点,已被广泛应用于军事与民用方面。本文以旋翼飞行器为研究对象,研究其在复杂环境下的航迹规划问题,建立飞行器动力学模型、航迹规划数学模型,设计航迹规划算法。研究旋翼飞行器的动力学特性是进行航迹规划的基础。本文将旋翼飞行器动力学模型分为多个模块,建立了
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旋翼飞行器是指采用旋翼作为直接动力源实现飞行的一类飞行器。相比于传统的固定翼飞行器,旋翼飞行器具有对起降场地要求少、机动性强、结构相对简单、可靠性强等优点,已被广泛应用于军事与民用方面。本文以旋翼飞行器为研究对象,研究其在复杂环境下的航迹规划问题,建立飞行器动力学模型、航迹规划数学模型,设计航迹规划算法。研究旋翼飞行器的动力学特性是进行航迹规划的基础。本文将旋翼飞行器动力学模型分为多个模块,建立了非线性动力学模型,包括挥舞方程、力和力矩方程以及刚体动力学与运动学方程。对运动方程进行配平并线化,比较了降阶模型与标准模型的精度。目前,为缓解城市地面交通压力,减少环境污染,旋翼飞行器已被成功应用于执行运输任务。在此任务中,为旋翼飞行器规划出一条安全、高效的飞行路线,是保证运输任务顺利完成的基础条件。首先对城市环境和约束进行了明确,包括建立城市风场模型与建筑障碍物模型。针对运输任务的特点,考虑旋翼飞行器姿态运动对运输货物的影响,设置了姿态约束条件。运输任务的目标是使得旋翼飞行器的最终位置与指定终点的位置误差最小。基于布谷鸟搜索算法的基本规则,将其整合到此航迹规划问题中,设计了旋翼飞行器城市货物运输任务航迹规划算法。通过不同环境下的仿真结果证明了所提出方法的有效性。另外,将布谷鸟算法与其他常见智能优化算法进行比较,分析了布谷鸟搜索算法中重要参数取值对算法性能的影响。旋翼飞行器在军事方面也有着广泛的应用。以航母舰载机系统为例,旋翼飞行器上舰可以执行固定翼飞机无法执行的任务,并且在起降时不占用甲板跑道和其他资源。研究舰载旋翼飞行器的降落航迹规划问题对于提高航母回收能力具有重要意义。首先将此降落任务分为两个阶段,即接近航母和降落于甲板。在建立航迹规划问题数学模型时,约束条件根据旋翼机特性和任务要求分为两类,考虑了旋翼机机动性能、进入目标点方向、航母运动对降落运动的影响。降落任务的目标是实现精确触舰并且减小机-舰间的相对速度。为求解此问题并适应环境的动态变化,设计了基于鸽子群优化理论的多阶段航迹规划算法。仿真算例中对不同航母运动下的降落航迹规划结果进行了比较与分析,证明了所建立模型和设计算法的合理性。另外,将鸽子群算法与其他常见智能优化算法进行了比较,说明了选择鸽子群优化算法求解本问题的理由。
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