基于八占位法的直升机旋翼升力建模研究

为建立实时性和精度高的直升机旋翼升力模型,基于动量-叶素法,以理想扭转型桨叶为例,给出了旋翼诱导速度的计算模型.在考虑桨叶挥舞运动的前提下,利用八占位法和给出的诱导速度模型,以桨尖安装角为人工输入,提出了有初值的关于旋翼升力、机身速度和诱导速度的迭代计算流程.实验结果表明:将实际飞行数据和利用该计算流程生成的仿真曲线相对比,二者机身的滚转特征曲线具有相同的走势,旋翼系数曲线又具有较高的拟合度,并且各动力学仿真参数能够随着人工输入迅速合理地作出响应,从而分别验证了该旋翼升力模型的可靠性、精确性和实时性.     

确定直升机性能的旋翼功率及拉力简化算法

为满足直升机部队计算机辅助决策、作战模拟推演等工作需要,用基本的直升机悬停性能和少量的原始数据作支持,对旋翼功率及其拉力计算方法进行建模.通过分析直升机动力学特点,运用动量法和叶素理论,将直升机旋翼功率进行拆分求解,推导出一套旋翼需用功率及可用功率的简化计算方法;根据线性外插法,用剩余功率建立拉力计算模型,对旋翼拉力进行估算.最后通过算例说明简化计算模型的可行性,解决了确定直升机飞行性能和动力学仿真的实际需要,具有较强的实用价值.     

集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计

为发展一种集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计方法,基于显模型跟踪控制技术,在反馈控制模块引入旋翼运动信息并采用旋翼/机体控制增益的最优化设计提升直升机动稳定性,采用旋翼前馈增强控制提升直升机操纵频率,提出基于有效跟踪的显模型参数设计方法提升直升机小幅高频和中等幅度姿态控制的操纵品质。最后,基于高阶飞行动力学模型分析直升机操纵品质,结果表明：将旋翼控制用于直升机飞行控制设计能够在保持系统稳定性的同时提升操纵频率,直升机纵、横向操纵响应带宽分别提升18%和10%,纵、横向姿态快捷性分别提升25%和20%。     

共轴双旋翼动力学建模与验证

建立共轴双旋翼动力学模型可用于共轴多旋翼飞行器的控制器设计、飞行模拟等研究,需要同时兼顾模型的计算实时性和精度.首先,基于伴随理论推导包含旋翼尾迹的全流场诱导速度计算模型.然后,在单旋翼有限状态入流模型基础上进行扩展,建立考虑尾迹倾斜的共轴双旋翼有限状态动力学模型.最后,推导共轴双旋翼悬停状态上下旋翼推力计算公式,并进行试验验证.研究结果表明：所建立的动力学模型计算复杂度在可接受的范围内,推力计算值与测试值在一定转速范围内基本吻合,并可很好地反映出共轴双旋翼推力损失趋势.     

大载荷植保无人直升机近地飞行流场模拟

为了研究大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场的特征,建立了FR-200植保无人机三维实体模型,并对计算区域进行网格划分,采用SST k-ω湍流模型计算了大载荷植保无人直升机近地飞行流场.结果表明:大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场由于受到机身阻挡的作用,在机身正下方位置处速度分布较为紊乱;下洗流场的主要运动形式为垂直向下运动,旋翼正下方沿旋翼方向速度先增大后减小,在y/R=0.8附近速度到达最大;植株冠层处风场随着飞行高度的降低,风场宽度增加,获得较佳的飞行高度为H=4 m;大载荷植保无人直升机喷杆垂直方向安装在z=-1.50 m至z=-2.00 m之间,飞行方向安装在x=-0.50 m至x=0.50 m之间.     

基于自适应逆控制方法的小型四旋翼无人直升机姿态控制 

以上海交通大学工程训练中心运动控制实验室自行研制的小型四旋翼无人直升机为研究对象,搭建了姿态控制实验系统.根据牛顿 欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,首次将自适应逆控制（AIC）方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定控制.仿真结果和实际飞行实验表明,AIC方法在小型四旋翼直升机姿态控制中具有很好的实时性和鲁棒性.     

自转旋翼机跳飞的旋翼诱导速度分布研究

提出了一种自转旋翼机跳飞的旋翼叶素诱导速度随时间和径向站位的分布规律的分析方法.基于叶素理论和动量理论,建立总距突增时旋翼瞬态拉力和动态诱导速度的响应模型,通过NACA试验验证模型有效性.将响应模型引入考虑地面效应的自转旋翼机跳飞动力学模型,以总距突增和地面效应在跳飞中作用时间的起始点作为动力学模型数值求解的分段点求解方程.使用动力学模型对试验样机的跳飞性能进行仿真,并试验验证模型准确度.利用跳飞模型计算出试验样机跳飞中旋翼叶素诱导速度并分析其分布规律.结果表明某站位处诱导速度与时间的关系先呈线性后呈抛物线,某时刻诱导速度与径向站位近似呈线性.      

直升机旋翼下洗流场的数值模拟

建立了三维欧拉方程数值模拟旋翼流场的方法和模型,以用于实际直升机旋翼诱导速度场计算,为火箭导弹发射提供一个旋翼下洗流场计算方法。在该模型中,使用格心形式有限体积法来求解旋翼流场,时间推进应用五步Runge—Kutta方法,并采用了由动量理论导出的远场边界条件,使用了当地时间步长和隐式残值光顺的加速收敛措施;进行了算例计算,分别给出了Caradonna模型旋翼桨叶表面压力分布以及AH-1G模型旋翼流场中沿导弹发射线上的诱导速度分布的计算结果,与可得到的试验数据进行了对比,吻合良好。最后,得出了几点结论。     

液弹阻尼器动力学特性对直升机地面共振的影响分析

基于汉密尔顿原理,根据直升机旋翼液弹阻尼器的非线性动力学模型和等效线化模型,分别建立了带非线性和线性液弹阻尼器的直升机旋翼/机体耦合系统动力学模型;并对直升机的地面共振稳定性进行了数值模拟,分析了液弹阻尼器动力学特性对直升机地面共振的影响。结果表明,液弹阻尼器的存在增加了桨叶摆振后退型模态阻尼,提高了直升机地面共振稳定性。采用线化模型计算方便,计算结果能基本反映液弹阻尼器对桨叶摆振后退型模态的影响变化趋势;但模态耦合区位置和峰值阻尼的确定不够准确;而非线性模型则能准确描述液弹阻尼器的动力学特性和直升机旋翼/机体耦合系统稳定性的变化规律,精度较高。     

微型四旋翼直升机控制系统设计

微型四旋翼直升机是由4个电机作为动力装置,通过调节电机转速来实现飞行的无人机系统.首先,文章在滑流理论的基础上介绍了微型四旋翼直升机飞行原理;其次,提出微型四旋翼直升机的飞行控制系统整体架构;第三,讨论了内环姿态控制规律,并通过simulink对所建立的俯仰通道进行仿真,仿真结果表明,设计的控制规律有良好的实时跟踪控制...     

基于动力学模型的小型无人直升机自主飞行控制算法

引入小型无人直升机简化动力学模型,阐述了简单、高效的MTC(Model and Trajectorybased Controller)控制算法.基于该算法所实现的飞行控制算法包括两部分:基于转动动力学模型的直升机姿态控制和基于二次积分关系的位置控制.所设计的MTCV算法包含具有良好鲁棒性的位置控制及速度控制功能,并可用于直升机多航点路径的不减速连续飞行控制.仿真实验和实际飞行控制实验结果表明,本飞行控制算法具有有效性和实用性.     

直升机旋翼前飞状态下的气动弹性分析

建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。     

有限元模拟电桥的直升机旋翼轴拉力与扭矩测量方法

为了精确地测得直升机飞行过程中旋翼轴的拉力及扭矩,通过有限元计算,模拟了现有直升机旋翼轴拉力测量中惠斯通电桥的输出,研究了旋翼轴现有测量方式中各向载荷对电桥输出的影响,分析了旋翼轴拉力、扭矩与各向载荷的耦合情况。结果表明,现有的旋翼轴拉力及扭矩测量的误差,主要来源于直升机飞行过程中俯仰力矩、滚转力矩传递到旋翼轴上的侧向弯矩的影响;通过耦合分析,给出了一种新的旋翼轴拉力及扭矩测量的组桥方式,并通过有限元模拟计算,验证了新方式的可行性。研究结果为后续直升机旋翼轴拉力及扭矩飞行测量提供了一种新的方法。     

小型无人直升机建模与分析

由于小型无人直升机具有不同于大型直升机的独特特点,提出采用结构分析法推导小型无人直升机的数学模型.将小型直升机看作2个刚体（机体和主旋翼）,借助Kane方法推导了小型直升机的动力学模型,并与单刚体建模进行了比较.分析表明,2种建模方法的运动学方程和平移动力学方程相同,但旋转动力学模型完全不同.采用2种刚体所建模型的响应具有余弦规律而单刚体所建模型则呈线性规律.飞行试验验证了模型的有效性.     

基于任务场景的军用直升机体系贡献率分析和技术指标转换方法研究

 针对军用直升机的需求分析工作,使用XML语言发展了作战任务场景的物理运动和逻辑发展联合推演仿真建模方法。提出了作战场景仿真模型的验证方法,采用世界各国广泛演习或推演过的直升机攻坦克战例定量结论,对仿真方法分析结果进行了定量验证。以预警直升机为例,想定一项任务场景,建立了仿真模型。发展了军用直升机设计风险的预先分层评价策略,分析了预警直升机对驱逐舰编队体系的作战效能贡献,进而面向军用直升机的设计提出了一种作战任务指标向技术指标的优化转化方法,从体系作战效能要求出发,优化得到了直升机的飞行性能相关指标。     

舰载直升机“舰面共振”动力学分析

为了解舰载直升机舰面开车状态的动力学特性,以某舰载直升机为研究对象,建立了全机多体动力学模型、起落架液压缓冲系统模型和旋翼减摆器液压模型,进行了全机"舰面共振"动力学仿真分析。研究了舰船横摇角、舰船运动周期、旋翼液压减摆器参数对直升机"舰面共振"稳定性的影响。结果表明:在"舰面共振"状态,旋翼液压减摆器节流孔参数对舰载直升机机身振动幅值有较大的影响,随着减摆器节流孔孔径的增大,机身振动幅值大幅增加,直升机不稳定转速区扩大;舰船运动周期对机身振动幅值和不稳定转速区几乎没有影响;在不稳定转速区之外,舰船横摇角对机身振动稳态响应幅值的影响较明显。进入不稳定转速区后,由于自激振动影响,机身大幅振动,舰船横摇角对机身振动幅值的影响不再明显。     

翼扇涵体构型无人机风切变下的响应特性

为了分析风切变影响下的响应特性,首先根据翼扇涵体无人直升机的构型特点,建立了该型直升机在风切变场中的非线性飞行动力学模型,依据美国联邦航空局的统计数据,给出了典型的风切变模型,最后研究分析了翼扇涵体构型无人直升机在不同维数风切变场中的响应特性,以及弹性支承件对该构型直升机抗风特性的影响。研究结果表明:翼扇涵体构型无人直升机受高维数的风切变影响较大;以提高操纵性为目的弹性支承件降低了该构型无人直升机的抗风能力,因此在对弹性支承件的刚度进行设计时,需要综合考虑其对操纵性与抗风特性的影响。     

小型共轴式直升机纵横向动力学建模与辨识

运用经典的叶素法和一阶谐波理论,建立了悬停状态下某小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型;同时根据飞行试验中采集的直升机输入输出数据,以参数化理论模型为基础,运用系统辨识的方法得到了该机纵横向通道模型．通过计算机仿真,分别对理论计算模型和系统辨识模型进行了时域验证和分析,并比较了2种模型的稳定性导数、操纵导数及特征根,对该直升机的稳定性进行了分析．研究表明：所建立的小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型能够反映该机悬停状态下纵横向通道的动态特性,以此为基础建立的系统辨识模型可以作为飞行控制系统纵横向通道控制的数学模型．