直升机飞行动力学实时仿真模型研究

进行直升机飞行仿真的关键是要有一个可信度高的直升机飞行动力学模型。飞行动力学模型的可信度取决于旋翼诱导速度模型。本文在推导直升机全机运动方程组的基础上,引入旋翼广义涡流理论表示旋翼的诱导速度分布,并推导出旋翼挥舞运动模型。把旋翼气动力模型结合到运动方程组中,给出了完整的飞行动力学仿真模型。并对某型无人直升机进行了仿真计算,计算结果与实际相符。     

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.     

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。     

小型四旋翼无人直升机自适应优化控制

摘要： 针对小型四旋翼无人直升机姿态稳定及位移跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法.根据牛顿 欧拉方程及刚体理论建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,并利用二次拟合实验建立了旋翼升力和输入控制信号之间的关系模型.将自适应优化 (Adaptive Control Optimization,ACO)控制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及位移跟踪控制.实际飞行实验表明,自适应优化控制方法在小型四旋翼直升机姿态及位移控制中相对于传统的自适应控制方法,具有很好的实时性和鲁棒性.     

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.     

静止舰船与旋翼干扰流场的数值模拟

直升机着舰时舰船与舰载直升机的流场相互干扰耦合,会对舰载直升机和飞行员的安全产生重要影响。采用计算流体动力学方法,以SFS2简化舰船模型和海豚直升机旋翼模型为研究对象,对静止舰船和悬停旋翼的气动干扰流场开展了数值模拟。研究表明:在旋翼水平方向的着舰过程中,受舰船的地面效应和甲板后缘端面的陡壁干扰影响,流场变化剧烈:在旋翼进入甲板过程中,舰面效应影响逐渐增强,旋翼拉力系数呈增加趋势;在甲板中心位置,由于机库门的阻挡,陡壁干扰影响较大,迫使旋翼的回流靠近旋翼面,造成旋翼下洗流速增加,从而导致旋翼的拉力损失。在旋翼竖直方向着舰过程中,受到持续增强的舰面效应的影响,旋翼拉力系数随高度降低而持续增加。     

基于立体视觉的直升机旋翼桨叶三维动态变形测量

针对直升机旋翼桨叶变形测量难度大的问题,构建了一种随旋翼旋转的立体相机系统;设计了一种快速精确组网测量旋翼桨叶变形量方案,提出了桨叶三维动态变形量测量方法。理论分析和仿真实验表明,提出的直升机桨叶摄像测量方法具有精度高、速度快、便携式特点,同时通过地面实验验证了该方法的可靠性和鲁棒性。在直升机定型试飞中,可以高速率、高精度获得直升机旋翼桨叶三维变形量和表面结构,具有较好的应用前景。     

旋翼刹车试验电模拟控制系统的研究

对直升机旋翼刹车过程的研究是飞机试制过程中的一项重要环节,针对传统机械惯量式试验系统的诸多不足,在旋翼刹车系统电模拟数学模型的基础上,构建了旋翼刹车试验电模拟控制系统.该系统选用直流电动机作为主要动力源,用小飞轮代替旋翼,通过调节直流电动机的转速来模拟旋翼的工作,对旋翼刹车过程进行研究.试验结果表明,该系统能够满足直升机旋翼刹车试验要求,并可缩短试验周期,降低试验成本,提高试验效率.     

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%。     

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...     

基于单片机和CAN总线的信号测量和数据传输

介绍了利用单片机测量信号的时间长度和利用CAN总线技术进行数据信息传输的方法、硬件接口电路及相应的软件应用程序及其在直升机旋翼共锥度测试系统中的应用.该方法在直升机上的应用从根本上改善了以往直升机旋翼共锥度测试中信号传输速度慢、稳定性差、误码率高的缺点,将传统的模拟传输改进为更可靠的数字传输,为直升机旋翼测试的顺利进行提供了保障.     

浅谈状态监测与故障诊断系统在直升机旋翼中的应用

阐述了状态监测与故障诊断系统的主要检测对象及其在直升机旋翼应用中的基本理论和作用,提供了研究方法,展望了直升机旋翼状态监测与故障诊断技术未来的发展方向。     

直升机旋翼共锥度测量系统设计

采用激光技术实现直升机旋翼共锥度测量具有结构简单、测量快速和精度高等特点.介绍了采用直升机旋翼切割激光方法进行直升机旋翼共锥度测量的基本原理及实现方法,在原有测量方案基础上,采用分光镜设计了一种新型光路结构,并对测量系统的激光光路、信号采集处理和上位机软件处理等组成部分的实现方法进行了详细介绍.经过模拟试验,所设计的系统满足测量要求,运行稳定.     

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。     

微型无人直升机旋翼操纵机构设计及分析

针对微型无人直升机体积小、载重量轻的特点,论述了一种利用惯性力的作用和材料的弹性性能对旋翼进行操纵的机构。该机构对电机驱动力矩的变化反应灵敏,能够满足控制微型无人直升机各种飞行模态的需要。考虑离心力的影响,应用Hamilton原理建立了桨叶的摆振运动方程,并用广义Galerkin法对方程进行求解,分析了微型直升机旋翼桨叶变速度旋转时在摆振平面内的弯曲振动。结果表明:轴心到桨叶根部的回转半径和旋翼的变速度回转对桨叶变形有影响;旋翼初始回转角速度对桨叶的摆振频率有影响。     

多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究

为了研究多架直升机同时悬停时对舰船甲板流场特性的影响,采用Fluent软件对直升机多旋翼结构和舰船耦合流场进行数值模拟,分析了不同风向工况下的流场结构、螺旋度分布以及湍动能.结果表明:各旋翼周围的流场参数相互耦合、相互影响;侧风的加入使得流场结构更加紊乱,形成来流、多旋翼与上层建筑之间的混合流场;湍动能超限区域覆盖了整个甲板流场,这对于直升机的起降是非常不利的.     

无自动倾斜器旋翼分析

桨盘上的非定常气动力、旋翼-机身之间的相互干扰导致直升机在飞行的过程中遭受到过多的振动。长时间高水平的振动会降低直升机的整体性能,减少直升机动力系统的结构寿命。建立了刚性常规旋翼的配平模型,并对无自动倾斜器旋翼的基准设计和优化设计方案进行了耦合配平仿真分析。在此基础之上,以黑鹰UH—60的机身为研究对象,对其进行了强迫振动响应分析。分析结果表明,随着前进比的增加,桨叶总距和周期变距的绝对值增加;桨盘入流先减小后增加;作用在直升机桨毂上的载荷幅值有所增大;经过优化设计后的无自动倾斜器旋翼在一定程度上降低了桨毂载荷。     

直升机自转飞行中容易犯的几个错误

自转是直升机所特有的飞行状态术语,是指当发动机无功率提供给主旋翼并且主旋翼只靠相对气流作用转动时的飞行状态。自转是直升机发动机失效后或出现其他紧急情况时,飞行员控制直升机安全着陆的必要手段。本文介绍了直升机自转飞行中容易犯的几个错误及纠正错误的方法。     

一种小型旋翼无人机平台的设计及飞行验证

研究了具有航拍和图像识别功能的旋翼无人机平台设计及工程实现方法。从直升机总体设计的理论出发,介绍了该旋翼无人机平台的设计及试飞验证过程。提出了总体方案及总体布局。在现有模型直升机的基础上,进行了旋翼与整机的匹配、球形云台的设计、动力系统的选择,及各种传感器的集成等方面的设计,并最终经过外场试飞实验验证设计的可行性。为进一步研究小型无人直升机提供了参考。     

直升机旋翼结冰后三维桨叶气动特性数值分析

针对直升机旋翼桨叶结冰问题,研究了结冰前后三维旋翼桨叶气动特性.基于多参考系模型建立了旋翼桨叶三维结冰数值模拟方法,对其中空气流场计算、水滴撞击特性计算、结冰生成计算和几何模型重构等步骤进行了介绍.以C-T旋翼为模型,计算分析了结冰对旋翼桨叶气动特性的影响.计算结果表明,结冰后旋翼桨叶升力降低、阻力增加,悬停性能下降明...