无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究

发布时间：2017-09-26 06:00

  本文关键词：无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究

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【摘要】：目前共轴刚性直升机正处于初步研究阶段，许多难题还没有解决，其中很重要的一个难题是半实物仿真实验台的搭建。本文主要为共轴刚性直升机的研制提供一个全数字的视景仿真平台，同时通过分析共轴刚性双旋翼的气动特性，为研制的视景平台提供了仿真所需要的旋翼相关参数。 首先，本文分别建立了垂向运动和前飞状态下共轴刚性直升机的数学模型，主要包括坐标系统的建立、模型假设、入流模型、上下旋翼相互干扰模型、旋翼气动力和力矩计算模型、机身气动力和力矩模型、整机运动学和动力学模型。然后将建立的气动力数学模型计算结果与前人的实验数据进行了对比，说明了论文所建立的数学模型具有一定精度。 其次，运用CFD软件分析了间距比、扭转角和上升速度对共轴刚性双旋翼气动性能的影响，将分析得到的旋翼相关参数提供给视景仿真平台。同时，对机身的气动特性进行了CFD分析，并与所建立的机身气动力数学模型进行了对比分析。 最后，利用推导的刚性共轴直升机动力学模型，在MATLAB中搭建了共轴刚性直升机的数学模型，通过AC3D软件建立了共轴刚性直升机三维模型，，并将三维模型导入到FlightGear中。针对MATLAB和FlightGear两个软件所需要数据形式的不同这个问题，推导了空间三维坐标系与大地经纬度坐标之间的转换关系式。联合MATLAB和FlightGear建立了共轴刚性直升机全数字视景仿真平台，并以CFD分析所得的旋翼参数作为模型参数进行了垂向运动和前飞状态下的联合仿真，给出了最后的仿真截图以及经纬度和高度信息。 综上所述，本文通过建立共轴刚性直升机全数字仿真平台，为后续的共轴刚性直升机的研究工作提供了基础。
【关键词】：共轴刚性直升机 动力学模型 气动特性 视景仿真 FlightGear
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 课题来源、研究背景和意义10-12
• 1.2.1 课题来源10-11
• 1.2.2 研究背景和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-18
• 1.3.1 共轴直升机动力学建模研究现状12-15
• 1.3.2 共轴直升机气动特性研究现状15-17
• 1.3.3 基于 FlightGear 的飞行仿真研究现状17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第2章 共轴刚性直升机动力学模型20-38
• 2.1 引言20-21
• 2.2 模型假设和坐标系的建立21-25
• 2.2.1 模型假设21-22
• 2.2.2 坐标系的定义22-24
• 2.2.3 坐标系之间的变换24-25
• 2.3 共轴双旋翼入流模型25-29
• 2.3.1 垂向运动时入流模型25-28
• 2.3.2 前飞时入流模型28-29
• 2.4 旋翼气动力与力矩计算29-33
• 2.5 机身和平尾、垂尾气动力计算33
• 2.6 共轴刚性直升机动力学和运动学方程33-35
• 2.7 共轴双旋翼模型对比分析35-36
• 2.8 小结36-38
• 第3章 基于 CFD 的共轴刚性直升机气动分析38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 共轴双旋翼 CFD 分析步骤38-41
• 3.3 间距比对共轴双旋翼性能影响41-43
• 3.4 扭转角对共轴双旋翼性能影响43-45
• 3.5 上升速度对共轴双旋翼性能影响45-46
• 3.6 机身气动特性分析46-48
• 3.7 小结48-50
• 第4章 基于 FlightGear 的共轴刚性直升机视景仿真研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 基于 Matlab 无人共轴刚性直升机动力学模型构建50-53
• 4.3 FlightGear 中无人共轴刚性直升机三维模型建立53-54
• 4.4 视景仿真的实现54-58
• 4.4.1 Matlab 与 FlightGear 通讯实现54-56
• 4.4.2 大地坐标系到经纬度坐标系的转换56-58
• 4.5 仿真结果分析58-64
• 4.5.1 垂向运动时仿真结果分析59-62
• 4.5.2 前飞时仿真结果分析62-64
• 4.6 小结64-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 后续工作和展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 附录74-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陆幸均;李孝伟;;基于动态嵌套网格技术的微型共轴式双旋翼流场的数值模拟[J];上海大学学报(自然科学版);2012年02期

2 夏青元;徐锦法;;变转速共轴旋翼载荷建模及实验验证[J];实验力学;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 叶靓;基于非结构网格的直升机旋翼流场及噪声研究[D];南京航空航天大学;2009年

本文编号：921822