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倾转旋翼飞机过渡模式动力学建模与控制研究

作　者: 朱源
导　师: 陆宇平
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 制导与控制
关键词: 倾转旋翼飞机过渡模式纵向通道飞行动力学起飞轨迹线性二次型控制
分类号: V212
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 340次
引　用: 5次
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内容摘要

倾转旋翼飞机翼尖安装可以倾转的发动机短舱和旋翼系统,可以在飞行中根据需要在固定翼模式和直升机模式之间转换,充分发挥直升机垂直起降、悬停及固定翼飞机高速巡航的优点。过渡模式下,飞机速度不断增加(或减小),气动布局不断改变,飞机动力稳定性差且气动干扰严重,直升机控制和固定翼控制切换,因此过渡模式动力学特性和控制系统研究是整个倾转旋翼飞机研制的主要难点。过渡模式飞机的气动布局改变主要体现在纵向平面内,所以本文主要研究过渡模式下飞机纵向通道的动力学特性和控制系统设计。倾转旋翼飞机布局对称,纵向通道和横向通道解耦,文中建立样例机纵向非定常、非线性动力学模型。在整个飞行包线内,旋翼的推力矢量方向不断变化,飞机各部件的气动力随发动机短舱倾角和空速的变化而变化,因而飞机的飞行动力学有很强的非定常、非线性特性。此外,倾转旋翼飞机的旋翼安装在翼尖,旋翼/发动机短舱/机翼之间的气动干扰是建模的一个难点。文中所建模型具有较高精度,适合于飞行包线内的所有模式,为倾转旋翼飞机飞行动力学的进一步研究提供了基础。本文依据所建立的样例机纵向动力学模型,假定飞机在给定高度平飞,纵向加速度和角加速度均为零,完成过渡模式下的动力学配平。通过仿真计算得出过渡模式发动机短舱倾角和前飞速度间的关系、各速度所需的最小旋翼拉力矢量及其它相应的状态量(机身迎角、升降舵偏转量、旋翼纵向周期变距和横向周期变距)。仿真结果和相应的XV-15平飞试验数据基本吻合。倾转旋翼飞机起飞过程包含完整的过渡模式,为提高飞机的可靠性和安全性,必须对其起飞轨迹进行控制。本文针对飞机的时变非线性纵向动力学模型,沿给定的起飞轨迹建立小扰动线性化方程,通过线性二次型最优控制使飞机沿给定的起飞轨迹飞行。仿真结果表明,在初始扰动和有风作用下,垂直距离偏差均达到很小。

全文目录

第一章绪论  13-24
  1.1 引言  13
  1.2 倾转旋翼飞机概述  13-19
  1.3 倾转旋翼飞机的背景与现状  19-21
  1.4 过渡模式的操纵过程  21-22
  1.5 论文研究内容  22-24
第二章倾转旋翼飞机的纵向数学模型  24-39
  2.1 倾转旋翼飞机纵向建模的特点  24-25
  2.2 建模假设  25-26
  2.3 样例倾转旋翼机非线性纵向数学模型的组成  26-37
  2.4 本章小结  37-39
第三章倾转旋翼飞机过渡模式纵向动力学配平  39-60
  3.1 引言  39
  3.2 过渡模式的特点  39-40
  3.3 倾转旋翼飞机过渡模式的配平  40-42
  3.4 配平计算方法  42-46
  3.5 气动力系数曲线拟合  46-49
  3.6 配平结果分析  49-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章倾转旋翼飞机起飞轨迹最优控制  60-77
  4.1 起飞轨迹控制的研究目的  60
  4.2 简化纵向动力学模型  60-62
  4.3 建立有风作用时纵向线性化模型  62-67
  4.4 线性二次型最优控制  67-68
  4.5 仿真与结果分析  68-75
  4.6 本章小结  75-77
第五章工作总结及进一步研究的设想  77-81
  5.1 论文工作总结  77-78
  5.2 存在的问题及进一步研究的设想  78-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间发表的主要论文  86-87
附录:样例倾转旋翼飞机原始参数  87-88

倾转旋翼飞机过渡模式动力学建模与控制研究

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