● 摘要
翼伞布局飞行器具有机动能力强、抗风性能好、落点精度高、着地速度低等优势，正逐步取代传统降落伞，成为人员和物资空投、飞行器回收等任务的首选气动减速器。同时装备发动机的动力翼伞飞行器具有地面起飞距离短、空中盘旋半径小的优点，也逐步成为一些无人飞行器设计的备选方案。因此翼伞飞行器在后勤保障、战术侦察、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景。本文分别研究了翼伞的气动特性、动力学建模和操稳特性，最终搭建完成考虑操纵性和稳定性的翼伞优化设计平台。
提出了一种涡格法与工程估算结合的翼伞气动特性计算方法。该方法在具备一定的精度基础上有较快的计算速度，为本文中的动力学仿真、稳定性分析以及优化设计提供了较为高效的气动求解工具。
分别推导了纵向四自由度静力学模型和六自由度动力模型。前者考虑物伞相对运动,用来求解翼伞稳定飞行状态下的飞行参数；后者将附加质量力添加到动力学方程中，用来对翼伞进行动力学仿真计算。以上述两个模型为基础编写程序，研究了翼伞稳定飞行状态参数随动力输入的变化情况，以及翼伞飞行器在动力输入、后缘单侧偏转输入、后缘双侧偏转输入下的动力学响应特性。
参照固定翼飞行器的小扰动分析方法，建立翼伞的线化小扰动方程组。通过纵向和横航向方程组的解耦，分别研究两个方向上的翼伞模态特性，求解了特征根、振荡周期、半衰期（倍幅时）等模态特性参数。并参照固定翼飞机的稳定性品质评价体系，建立了一套针对翼伞动稳定性的评价方法。
最后集成气动计算方法、六自由度仿真模型、小扰动模态分析方法，建立翼伞性能分析模型，并以此为基础对小型动力翼伞和大型空投滑翔翼伞为代表的两种典型翼伞进行了优化设计。建立了包含翼型中弧线参数的翼伞飞行器的参数化设计空间。然后以两种不同翼伞飞行器的基本任务需求为基础分析其优化过程中不同的约束条件。采用拉丁超立方试验设计方法进行全局寻优再结合序列二次规划的梯度优化算法进行局部寻优的组合优化策略对两款翼伞进行了设计优化。
本文最终完成的翼伞优化平台具有较好的通用性，为翼伞飞行器的设计提供了一种参考思路。