变转速直升机／传动系统／发动机综合建模与控制研究

发布时间：2017-08-31 10:38

  本文关键词：变转速直升机／传动系统／发动机综合建模与控制研究

  更多相关文章： 直升机 涡轴发动机 变旋翼转速 容积动力学 无级变速器 综合控制仿真

【摘要】：为进一步提升直升机性能,旋翼变体技术在直升机技术研究中受到了更大关注,而变旋翼转速技术是旋翼变体技术中重要分支之一。在现有技术中,变旋翼转速一般通过改变涡轴发动机输出轴转速实现。然而在涡轴发动机工作过程中,在保证向直升机主旋翼提供连续的功率的前提下,发动机输出轴转速变化范围有限,使得采用该方法实现较大范围的变旋翼转速存在一定困难。本文从直升机/传动系统/发动机综合建模与控制方法入手,开展变旋翼转速控制模拟研究。首先,本文以某型直升机为研究样例,结合其自身结构特点,根据其主要部件结构参数和实验数据,分别采用叶素法和气动力学方法建立主旋翼等部件模型,构建了直升机全量非线性飞行动力学模型,并进行了悬停不稳定性开环扰动仿真试验和直升机变旋翼转速特性分析。基于容积动力学方法建立了涡轴发动机部件级数学仿真模型,并对利用级叠加原理修正压气机特性数据方法进行了讨论。将所建立的直升机飞行动力学模型与涡轴发动机部件级模型相结合,构成直升机/涡轴发动机综合仿真模型为进一步变旋翼转速研究做准备。仿真结果表明,建立的直升机模型和发动机模型符合直升机和发动机原理,容积动力学方法能够避免模型计算迭代过程,提高仿真模型实时性。其次,本文通过对变旋翼转速实现机理进行的分析比较,提出了基于无级变速的变旋翼转速控制模拟方法。根据传动系统需求选取有效参数,建立了可变传动比的传动系统模型,将建立的无级变速传动系统模型加入直/发综合模型中构成了基于无级变速的直升机/传动系统/涡轴发动机综合仿真模型,并进行了数字仿真试验,实现变旋翼转速控制模拟。结果表明,提出的基于无级变速的直升机变旋翼转速实现方法能够在25%左右的较大范围内实现旋翼转速连续变化。最后,本文针对旋翼转速可变后,传统总距前馈控制并不能完整反映直升机功率需求而使得涡轴发动机控制效果变差的问题,将直升机扭矩变化作为涡轴发动机控制前馈量,设计了带扭矩前馈的串级ADRC涡轴发动机鲁棒控制器用于变旋翼转速过程中发动机控制,使得较大机动时动力涡轮转速超调量减小至3%左右。结合变传动比和变动力涡轮参考转速的方法进行了直升机/传动系统/涡轴发动机综合控制策略研究,通过直升机/传动系统/涡轴发动机综合模型数字仿真试验对比了不同控制策略下直升机/发动机综合系统的性能差异。
【关键词】：直升机 涡轴发动机 变旋翼转速 容积动力学 无级变速器 综合控制仿真
【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】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 直升机变旋翼转速技术概述13
• 1.2 变转速直升机/传动系统/发动机综合建模与控制研究现状13-16
• 1.2.1 直升机变旋翼转速技术研究现状13-15
• 1.2.2 直升机/传动系统/发动机综合建模与控制研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究工作16-17
• 1.3.1 变转速直升机/传动系统/发动机综合建模方法16-17
• 1.3.2 变旋翼转速过程涡轴发动机控制方法研究17
• 1.4 本文的内容安排17-19
• 第二章 直升机/涡轴发动机综合建模研究19-50
• 2.1 引言19
• 2.2 直升机飞行动力学模型19-37
• 2.2.1 概述19-24
• 2.2.2 直升机部件气动力学模型24-31
• 2.2.3 直升机运动学方程31-34
• 2.2.4 直升机模型仿真分析34-37
• 2.3 涡轴发动机部件级模型37-46
• 2.3.1 容积动力学原理37-38
• 2.3.2 发动机部件热力学模型38-41
• 2.3.3 发动机部件级模型计算流程41-42
• 2.3.4 基于级叠加的压气机特性修正方法42-46
• 2.4 直升机/涡轴发动机综合仿真模型46-49
• 2.5 小结49-50
• 第三章 基于无级变速的变旋翼转速控制模拟方法50-61
• 3.1 引言50-51
• 3.1.1 航空领域多级传动系统发展现状50
• 3.1.2 连续变旋翼转速机理分析50-51
• 3.2 理想无级变速传动系统模型51-54
• 3.2.1 模型建立方法51-53
• 3.2.2 建模主要参数53-54
• 3.3 直升机/传动系统/发动机综合仿真模型54-55
• 3.4 直升机变旋翼转速控制模拟研究55-60
• 3.4.1 悬停状态下变旋翼转速过程数字仿真试验55-57
• 3.4.2 前飞加速变旋翼转速过程数字仿真试验57-60
• 3.5 小结60-61
• 第四章 变旋翼转速过程涡轴发动机控制方法研究61-70
• 4.1 引言61
• 4.2 变旋翼转速涡轴发动机前馈控制61-64
• 4.2.1 概述61-62
• 4.2.2 带扭矩前馈的涡轴发动机串级ADRC控制器设计62-63
• 4.2.3 数字仿真验证及结果分析63-64
• 4.3 变转速直升机推进系统综合控制64-69
• 4.3.1 概述64-65
• 4.3.2 两种变旋翼转速实现方法对比65-67
• 4.3.3 变旋翼转速可调因子控制策略67-69
• 4.4 小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 本文总结70
• 5.2 工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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