基于直升机气动力学方程的旋翼系统稳定性分析

发布时间：2017-09-20 06:53

  本文关键词：基于直升机气动力学方程的旋翼系统稳定性分析

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【摘要】：在直升机旋翼系统的设计中,旋翼桨叶的稳定性和可控性是重要的考虑因素之一。本篇文章基于直升机空气动力学中旋翼系统桨叶的挥舞变距耦合运动的理论方程,在其特殊飞行状态下(即悬停)建立旋翼系统的数学模型,利用MATLAB软件简化计算过程得出其在特征矩阵方程下的解值并绘制相对的零级图来更加直观的判断系统的稳定性。本文通过改变建立的模型中桨叶的某些主要设计参数变量来分析观察直升机在悬停飞行状态中的稳定性,这里主要讨论挥变度Kp对旋翼模型稳定性能的影响,并得出相应的设计改进结论。文章的第四部分主要结合控制工程中所学到的现代控制系统理论,在已建立的旋翼模型的基础上,利用闭环系统的特性和功能设计反馈校正补偿器,将模型一的不稳定状态通过整个系统控制器的设置转从而变得稳定。本文通过对直升机旋翼系统桨叶挥变耦合运动方程的理论分析出发,不仅仅考虑从改变其外型设计参数入手,同时还利用计算机系统研制能控制其内部硬件的补偿校正器,从多个方面提高直升机在悬停状态下桨叶运动的稳定性。面对直升机旋翼在飞行过程中复杂的运动形式和外界工况要求,现有的研究工作是建立在特殊理想条件下对旋翼桨叶运动展开的理论分析,还是不足以解决实际面临的一些实际问题。然而今后工作将主要集中在前飞工况下的稳定性研究和更高精度控制系统的研发,已继续证实本文的研究方法和设计思路在直升机稳定性分析中的普遍适用性。
【关键词】：直升机 旋翼 桨叶 挥舞变距耦合运动 稳定性 控制系统
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题的背景及现实意义9-10
• 1.2 国内外研究现状发展10-12
• 1.3 本文的研究方法和特点12-13
• 1.4 本文的创新点13-15
• 第二章 直升机旋翼模型15-32
• 2.1 直升机桨叶类型和外观分类15-18
• 2.1.1 旋翼桨叶的结构类型15-16
• 2.1.2 直升机的翼型外观分类16-18
• 2.2 直升机旋翼的空气动力学18-26
• 2.2.1 引言18-19
• 2.2.2 旋翼桨叶的基本运动19-20
• 2.2.3 直升机旋翼桨叶的基本气动力学20-22
• 2.2.4 旋翼的挥舞运动和变距运动22-25
• 2.2.5 悬停状态下桨叶气动方程的分析25-26
• 2.3 风洞试验26-29
• 2.4 数学模型的建立29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 挥舞/变距耦合运动的稳定性分析32-42
• 3.1 旋翼桨叶的不稳定性问题32-33
• 3.2 借助MATLAB软件的建模计算与分析33-36
• 3.2.1 MATLAB编程软件简介33-34
• 3.2.2 MATLAB程序编写34
• 3.2.3 MATLAB运行结果分析34-36
• 3.3 特定参数变量对旋翼系统稳定性的影响36-40
• 3.3.1 几种主要气动力学参数的介绍36-38
• 3.3.2 分析变量参数对系统稳定性的影响38-40
• 3.4 挥舞变距耦合度Kp(δ3)40-42
• 第四章 建立桨叶耦合运动的闭环控制系统42-54
• 4.1 现代控制系统理论42-45
• 4.1.1 现代控制理论的发展和意义42-43
• 4.1.2 现代控制系统的设计概论43-45
• 4.2 反馈系统的稳定性45-49
• 4.2.1 引言45-46
• 4.2.2 闭环反馈系统的稳定性判定方法46-47
• 4.2.3 补偿器的设计47-49
• 4.3 模型一的控制系统设计实例49-52
• 4.4 结论52-54
• 第五章 总结与展望54-57
• 5.1 总结54-55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 附录61-63
• 致谢63

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本文编号：886565