某型无人直升机舰面起降飞行动力学建模与仿真分析

发布时间：2020-05-18 10:49

【摘要】：本文应用MATLAB/Simulink软件研究单旋翼带尾桨式直升机在舰船上起降的飞行动力学特性。首先,应用流体仿真软件Star-CCM+建立了SFS2舰船流场的CFD计算模型,计算了不同风况下的舰船尾部气流环境,形成了该舰的流场数据库。然后,采用矢量法建立了计入舰船尾流影响的直升机舰面起降飞行动力学模型,并将该模型转化为了对应的Simulink模型。在此基础上,以SFS2舰船流场数据库作为舰面流场环境,使用Simulink线性分析工具箱对某型无人直升机进行舰面悬停配平计算,获得了该型无人直升机的舰面悬停平衡特性。计算结果表明,舰面悬停时该机的滚转角和尾桨总距对风向、风速变化较为敏感。随后,基于直升机舰面起降飞行动力学Simulink模型,引入关于操纵量、姿态角和功率的判据,建立了风限图计算模型,并通过配平计算获得了某型无人直升机与SFS2舰船配合的舰面悬停风限图。最后,根据风限图选取一安全风况下的舰船尾流作为舰面仿真流场环境,将PID控制模型引入舰面起降飞行动力学Simulink模型,对某型无人直升机进行了舰面悬停仿真。仿真结果表明,本文设计的PID控制模型具有较好的控制效果,能够使该型无人直升机在紊乱的舰船尾流中稳定悬停。
【图文】：

体积小等特点，更适合部署在机库空间和飞行甲板面积有限的舰船上。图 1.1 所示为美国“火力侦察兵”无人直升机自主降落在舰船飞行甲板上。不同于陆基直升机，由于舰船飞行甲板的面积狭小、摇摆不稳和气流紊乱等特点，使得直升机的舰面起降环境更为复杂，，从而导致舰面起降的风险更大。为确保直升机能在舰船甲板上安全起降，需要确定在不同海况、昼夜和进场方向下起降时，舰船运动和相对风速风向限制的安全边界，即风限图[1]（图 1.2）。

体积小等特点，更适合部署在机库空间和飞行甲板面积有限的舰船上。图 1.1 所示为美国“火力侦察兵”无人直升机自主降落在舰船飞行甲板上。不同于陆基直升机，由于舰船飞行甲板的面积狭小、摇摆不稳和气流紊乱等特点，使得直升机的舰面起降环境更为复杂，从而导致舰面起降的风险更大。为确保直升机能在舰船甲板上安全起降，需要确定在不同海况、昼夜和进场方向下起降时，舰船运动和相对风速风向限制的安全边界，即风限图[1]（图 1.2）。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V212

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本文编号：2669605