倾转四旋翼飞行器操纵策略研究
发布时间：2021-11-16 22:49
倾转四旋翼飞行器是一种大载荷垂直起降兼高速前飞的新构型飞行器。针对倾转四旋翼飞行器的特点,本文建立倾转四旋翼飞行器的飞行动力学模型,提出一套适用的操纵策略,解决了操纵冗余问题。首先采用叶素理论建立旋翼气动力模型,根据机翼滑流区和自由区理论建立机翼气动力模型,利用CFD计算出的机身和垂直安定面气动数据建立其气动力模型,再结合由短舱前倾引起的全机重心变化模型,最终建立倾转四旋翼飞行器六自由度非线性飞行动力学模型。针对倾转四旋翼飞行器的构型,提出三种不同飞行模式下的操纵策略,并在Matlab/Simulink环境下构建其仿真模型。通过飞行器全包线的配平计算以及不同速度下的操纵功效分析,确定不同模式下各通道所用的操纵策略。采用最小控制能量融合方式对操纵输入进行融合,设计各个操纵量的操纵分配系数,从而解决了操纵冗余问题;以全机需用功率最小为目标函数,确定不同速度下功率最小时对应的俯仰角;最后加入边界限制条件,对过渡模式中同步倾转和异步倾转这两种倾转策略进行配平计算、对比分析,确定同步倾转为本文研究的倾转四旋翼飞行器的倾转策略。最后,基于小扰动假设,线化得到倾转四旋翼飞行器的状态矩阵,分析其操稳特...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
V-280倾转旋翼机[4]/
舱为0°时旋翼只产生轴向推力，即飞行器进入了固定翼飞机模式，图1.6反映了倾转四旋翼飞行器三种飞行模式。图1.6倾转四旋翼飞行器三种飞行模式倾转四旋翼飞行器在低速直升机模式飞行时，旋翼作为主升力面、操纵面以及推进器；到了高速固定翼模式飞行以后，机翼作为主升力面，旋翼作为推进器。因此要求倾转四旋翼飞行器可对旋翼系统、机翼系统进行操纵，即旋翼可进行总距和纵横向周期变距操纵；机翼可对襟副翼进行操纵，再加上飞行器前后短舱可以独立的倾转，对于倾转四旋翼飞行器来说，可操纵量就有18个，虽然这给飞行器的机动性带来了好处，但是与常规直升机或固定翼飞机的四个操纵量相比，出现了严重的操纵冗余问题，这将直接影响飞行器的飞行质量。所以需要一套合适的操纵策略来解决倾转四旋翼飞行器的操纵冗余问题。再者，倾转四旋翼飞行器特殊的构型使其气动特性和稳定性随着短舱倾角和飞行速度的变化发生明显的变化
1.1所示。最后对建立的数学模型进行性能计算、仿真飞行以及操纵性和稳定性的研究。其中过渡模式下的数值计算结果如图1.8所示。表1.1飞行器操纵方式力和力矩操纵量固定翼模式 过渡模式 直升机模式xF旋翼总距 短舱倾转、旋翼总距 旋翼纵向周期变距yF方向舵（无横向周期变距） 方向舵（无横向周期变距） 旋翼横向周期变距zF襟翼、升降舵襟翼、短舱倾转、旋翼总距、升降舵旋翼总距xM副翼、升降舵、旋翼总距 旋翼总距、副翼 异步的旋翼总距yM升降舵 升降舵、周期变距 旋翼纵向周期变距zM旋翼总距?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速直升机发展现状、趋势与对策[J]. 吴希明. 南京航空航天大学学报. 2015(02)
[2]倾转旋翼机设计特点及难点浅析[J]. 王伟,段卓毅,周林. 航空科学技术. 2015(03)
[3]飞机垂直/短距起降技术的研究[J]. 陈滔,孟琳,李楠,叶永强. 现代电子技术. 2014(23)
[4]倾转旋翼飞行器的建模和操纵分配策略[J]. 夏青元,徐锦法,金开保. 航空动力学报. 2013(09)
[5]倾转旋翼飞行器发动机短舱倾转角度-速度包线分析[J]. 曹芸芸,陈仁良. 航空动力学报. 2011(10)
[6]倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法[J]. 曹芸芸,陈仁良. 南京航空航天大学学报. 2009(01)
[7]倾转旋翼机过渡段控制器的μ综合设计方法[J]. 孙杰,杨军. 飞行力学. 2008(03)
[8]倾转旋翼飞机直升机模态短舱倾转飞行控制[J]. 杨喜立,朱纪洪,孙增圻. 清华大学学报(自然科学版). 2006(07)
[9]参数空间法在倾转旋翼机飞行控制系统设计中的应用[J]. 樊方星,杨军. 弹箭与制导学报. 2006(S6)
[10]倾转旋翼机飞行控制系统变结构设计[J]. 朱学平,杨军. 弹箭与制导学报. 2006(S8)
博士论文
[1]倾转旋翼飞行器飞行动力学数学建模方法研究[D]. 曹芸芸.南京航空航天大学 2012
[2]直升机大机动飞行中旋翼非定常空气动力研究[D]. 徐进.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]倾转四旋翼飞行控制律设计与验证[D]. 王庆琥.南京航空航天大学 2016
[2]倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究[D]. 齐磊.哈尔滨工业大学 2015
[3]垂直起降倾转四旋翼机过渡阶段控制问题研究[D]. 闫秋红.哈尔滨工业大学 2015
[4]倾转旋翼飞机过渡模式动力学建模与控制研究[D]. 朱源.南京航空航天大学 2005
本文编号：3499707
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
V-280倾转旋翼机[4]/
舱为0°时旋翼只产生轴向推力，即飞行器进入了固定翼飞机模式，图1.6反映了倾转四旋翼飞行器三种飞行模式。图1.6倾转四旋翼飞行器三种飞行模式倾转四旋翼飞行器在低速直升机模式飞行时，旋翼作为主升力面、操纵面以及推进器；到了高速固定翼模式飞行以后，机翼作为主升力面，旋翼作为推进器。因此要求倾转四旋翼飞行器可对旋翼系统、机翼系统进行操纵，即旋翼可进行总距和纵横向周期变距操纵；机翼可对襟副翼进行操纵，再加上飞行器前后短舱可以独立的倾转，对于倾转四旋翼飞行器来说，可操纵量就有18个，虽然这给飞行器的机动性带来了好处，但是与常规直升机或固定翼飞机的四个操纵量相比，出现了严重的操纵冗余问题，这将直接影响飞行器的飞行质量。所以需要一套合适的操纵策略来解决倾转四旋翼飞行器的操纵冗余问题。再者，倾转四旋翼飞行器特殊的构型使其气动特性和稳定性随着短舱倾角和飞行速度的变化发生明显的变化
1.1所示。最后对建立的数学模型进行性能计算、仿真飞行以及操纵性和稳定性的研究。其中过渡模式下的数值计算结果如图1.8所示。表1.1飞行器操纵方式力和力矩操纵量固定翼模式 过渡模式 直升机模式xF旋翼总距 短舱倾转、旋翼总距 旋翼纵向周期变距yF方向舵（无横向周期变距） 方向舵（无横向周期变距） 旋翼横向周期变距zF襟翼、升降舵襟翼、短舱倾转、旋翼总距、升降舵旋翼总距xM副翼、升降舵、旋翼总距 旋翼总距、副翼 异步的旋翼总距yM升降舵 升降舵、周期变距 旋翼纵向周期变距zM旋翼总距?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速直升机发展现状、趋势与对策[J]. 吴希明. 南京航空航天大学学报. 2015(02)
[2]倾转旋翼机设计特点及难点浅析[J]. 王伟,段卓毅,周林. 航空科学技术. 2015(03)
[3]飞机垂直/短距起降技术的研究[J]. 陈滔,孟琳,李楠,叶永强. 现代电子技术. 2014(23)
[4]倾转旋翼飞行器的建模和操纵分配策略[J]. 夏青元,徐锦法,金开保. 航空动力学报. 2013(09)
[5]倾转旋翼飞行器发动机短舱倾转角度-速度包线分析[J]. 曹芸芸,陈仁良. 航空动力学报. 2011(10)
[6]倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法[J]. 曹芸芸,陈仁良. 南京航空航天大学学报. 2009(01)
[7]倾转旋翼机过渡段控制器的μ综合设计方法[J]. 孙杰,杨军. 飞行力学. 2008(03)
[8]倾转旋翼飞机直升机模态短舱倾转飞行控制[J]. 杨喜立,朱纪洪,孙增圻. 清华大学学报(自然科学版). 2006(07)
[9]参数空间法在倾转旋翼机飞行控制系统设计中的应用[J]. 樊方星,杨军. 弹箭与制导学报. 2006(S6)
[10]倾转旋翼机飞行控制系统变结构设计[J]. 朱学平,杨军. 弹箭与制导学报. 2006(S8)
博士论文
[1]倾转旋翼飞行器飞行动力学数学建模方法研究[D]. 曹芸芸.南京航空航天大学 2012
[2]直升机大机动飞行中旋翼非定常空气动力研究[D]. 徐进.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]倾转四旋翼飞行控制律设计与验证[D]. 王庆琥.南京航空航天大学 2016
[2]倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究[D]. 齐磊.哈尔滨工业大学 2015
[3]垂直起降倾转四旋翼机过渡阶段控制问题研究[D]. 闫秋红.哈尔滨工业大学 2015
[4]倾转旋翼飞机过渡模式动力学建模与控制研究[D]. 朱源.南京航空航天大学 2005
本文编号：3499707
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