螺旋桨—发动机—飞机一体化起飞模型与控制规律的研究

发布时间：2017-09-12 22:46

  本文关键词：螺旋桨—发动机—飞机一体化起飞模型与控制规律的研究

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【摘要】：螺旋桨滑流增升以及反桨的作用使得涡桨飞机可以实现短距离起降,目前已有多种型号的涡桨飞机实现在航母上起降。由于航母上跑道长度受限,因此研究涡桨飞机短距离起飞控制规律有着重要的意义,控制规律的研究离不开涡桨飞机螺旋桨-发动机-飞机一体化起飞模型的支持,本文主要针对涡桨飞机起飞过程一体化建模和控制技术展开初步的研究。首先,分别采用片条理论和升力面理论建立螺旋桨模型,优化了片条理论模型中干涉角的迭代算法,提出了地面试车条件下螺旋桨性能的计算方法;其次,分别采用CFD软件和升力线理论建立机翼模型,并提出新的解耦参数将升力线机翼模型简化为一个拟合模型,经验证该拟合模型具有精度高、计算速度快的特点,通过VC6.0和MATLAB混合编程的方式实现拟合模型的实时计算;然后,采用机翼拟合模型与基于片条理论的螺旋桨模型相结合的方法建立螺旋桨-机翼耦合模型;最后,在耦合模型、发动机部件级模型的基础上建立三自由度的一体化起飞模型并实现实时计算。通过一体化模型的仿真研究了螺旋桨-机翼耦合效应对涡桨飞机起飞性能的影响。以实现飞机短距离起飞为目的,本文提出了三种飞机起飞过程的初步控制方案,一是最大拉力起飞控制方案,二是恒定功率起飞控制方案,三是恒定桨距角起飞控制方案,三种方案的对比可以发现最大拉力控制方案的起飞滑跑距离最短。在控制方案的实现过程中,解决了两个控制闭环之间由于强耦合作用影响控制效果的问题,改进后的控制器可以在改变螺旋桨功率的同时保证螺旋桨转速恒定,并满足控制精度的要求。
【关键词】：涡桨飞机 一体化建模 实时模型 解耦参数 仿真 控制 螺旋桨 发动机
【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】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 涡桨飞机一体化建模和控制的意义、应用和背景16-17
• 1.2 涡桨飞机一体化建模和控制的研究现状、趋势和关键技术17-22
• 1.2.1 螺旋桨建模研究现状17
• 1.2.2 机翼建模研究现状17-19
• 1.2.3 螺旋桨-机翼耦合建模研究现状19-21
• 1.2.4 涡桨飞机一体化起飞建模研究现状21-22
• 1.2.5 涡桨飞机一体化控制的研究现状22
• 1.2.6 发展趋势和关键技术22
• 1.3 本文的主要研究工作22-23
• 1.4 本文的内容安排23-24
• 第二章 航空螺旋桨建模技术研究24-45
• 2.1 螺旋桨模型及研究方法概述24-26
• 2.1.1 螺旋桨模型概述24
• 2.1.2 螺旋桨研究方法概述24-25
• 2.1.3 螺旋桨的空气动力特性及相似准则25-26
• 2.2 螺旋桨性能计算26-33
• 2.2.1 螺旋桨片条理论建模26-28
• 2.2.2 螺旋桨升力面理论建模28-33
• 2.3 两种模型计算精度验证33-36
• 2.3.1 两种模型计算精度验证33
• 2.3.2 螺旋桨升阻系数曲线的完善33-35
• 2.3.3 升阻系数曲线完善后片条理论模型精度的验证35-36
• 2.4 片条理论螺旋桨模型的优化—螺旋桨地面试车情况下的计算36-38
• 2.5 片条理论螺旋桨模型中干涉角迭代算法的优化38-43
• 2.5.1 干涉角的迭代算法39-41
• 2.5.2 算法改进前后计算结果对比41-43
• 2.6 螺旋桨前方来流存在攻角时的计算模型43-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第三章 机翼建模技术研究45-61
• 3.1 机翼建模方法概述45
• 3.2 机翼建模—FLUENT软件流场模拟45-48
• 3.2.1 机翼几何模型45-46
• 3.2.2 网格划分46-47
• 3.2.3 流场模拟条件的设定47
• 3.2.4 流场模拟结果47-48
• 3.3 机翼建模—升力线理论48-52
• 3.3.1 基于升力线理论的机翼模型48-52
• 3.3.2 计算结果52
• 3.4 两种模型计算结果对比研究52-54
• 3.5 基于升力线理论的机翼简化模型54-60
• 3.5.1 解耦参数的定义54-56
• 3.5.2 简化模型的实现56-59
• 3.5.3 机翼实时计算模型的实现59-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 螺旋桨-发动机-飞机起飞过程一体化建模61-77
• 4.1 一体化模型概述61
• 4.2 螺旋桨-机翼耦合建模61-67
• 4.2.1 螺旋桨-机翼耦合建模研究方法概述61-62
• 4.2.2 螺旋桨对机翼气动性能的影响62-63
• 4.2.3 机翼对螺旋桨气动性能的影响63
• 4.2.4 采用SIM模式进行耦合建模63-64
• 4.2.5 采用FIM模式进行耦合建模64
• 4.2.6 两种模式计算结果对比研究64-67
• 4.3 涡桨飞机起飞模型运动方程的建立67-69
• 4.3.1 起飞过程概述67-68
• 4.3.2 建立飞机起飞运动方程68-69
• 4.4 涡桨飞机螺旋桨-发动机-飞机起飞过程一体化建模69-70
• 4.5 一体化模型仿真结果分析70-75
• 4.6 本章小结75-77
• 第五章 涡桨飞机起飞过程控制规律研究77-90
• 5.1 涡桨飞机起飞一体化控制技术概述77
• 5.2 最大拉力控制方案77-86
• 5.2.1 最大拉力控制方案概述77-81
• 5.2.2 常规控制方案81-82
• 5.2.3 改进后的控制方案82-84
• 5.2.4 两种控制算法控制结果对比研究84-86
• 5.3 其它控制方案86
• 5.4 三种控制方案对比分析86-88
• 5.5 加入控制器的一体化起飞模型到达安全高度的仿真结果88-89
• 5.6 本章小结89-90
• 第六章 总结与展望90-92
• 6.1 全文总结90-91
• 6.2 技术展望91-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96

【参考文献】

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本文编号：839979