變轉(zhuǎn)速直升機(jī)-傳動系統(tǒng)-發(fā)動機(jī)綜合建模與控制研究.pdf

1、為進(jìn)一步提升直升機(jī)性能，旋翼變體技術(shù)在直升機(jī)技術(shù)研究中受到了更大關(guān)注，而變旋翼轉(zhuǎn)速技術(shù)是旋翼變體技術(shù)中重要分支之一。在現(xiàn)有技術(shù)中，變旋翼轉(zhuǎn)速一般通過改變渦軸發(fā)動機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。然而在渦軸發(fā)動機(jī)工作過程中，在保證向直升機(jī)主旋翼提供連續(xù)的功率的前提下，發(fā)動機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速變化范圍有限，使得采用該方法實現(xiàn)較大范圍的變旋翼轉(zhuǎn)速存在一定困難。本文從直升機(jī)/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機(jī)綜合建模與控制方法入手，開展變旋翼轉(zhuǎn)速控制模擬研究。
　　首先，本文以某

2、型直升機(jī)為研究樣例，結(jié)合其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)其主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)和實驗數(shù)據(jù)，分別采用葉素法和氣動力學(xué)方法建立主旋翼等部件模型，構(gòu)建了直升機(jī)全量非線性飛行動力學(xué)模型，并進(jìn)行了懸停不穩(wěn)定性開環(huán)擾動仿真試驗和直升機(jī)變旋翼轉(zhuǎn)速特性分析。基于容積動力學(xué)方法建立了渦軸發(fā)動機(jī)部件級數(shù)學(xué)仿真模型，并對利用級疊加原理修正壓氣機(jī)特性數(shù)據(jù)方法進(jìn)行了討論。將所建立的直升機(jī)飛行動力學(xué)模型與渦軸發(fā)動機(jī)部件級模型相結(jié)合，構(gòu)成直升機(jī)/渦軸發(fā)動機(jī)綜合仿真模型為進(jìn)一步變旋翼

3、轉(zhuǎn)速研究做準(zhǔn)備。仿真結(jié)果表明，建立的直升機(jī)模型和發(fā)動機(jī)模型符合直升機(jī)和發(fā)動機(jī)原理，容積動力學(xué)方法能夠避免模型計算迭代過程，提高仿真模型實時性。
　　其次，本文通過對變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機(jī)理進(jìn)行的分析比較，提出了基于無級變速的變旋翼轉(zhuǎn)速控制模擬方法。根據(jù)傳動系統(tǒng)需求選取有效參數(shù)，建立了可變傳動比的傳動系統(tǒng)模型，將建立的無級變速傳動系統(tǒng)模型加入直/發(fā)綜合模型中構(gòu)成了基于無級變速的直升機(jī)/傳動系統(tǒng)/渦軸發(fā)動機(jī)綜合仿真模型，并進(jìn)行了數(shù)字仿真試驗

4、，實現(xiàn)變旋翼轉(zhuǎn)速控制模擬。結(jié)果表明，提出的基于無級變速的直升機(jī)變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)方法能夠在25％左右的較大范圍內(nèi)實現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速連續(xù)變化。
　　最后，本文針對旋翼轉(zhuǎn)速可變后，傳統(tǒng)總距前饋控制并不能完整反映直升機(jī)功率需求而使得渦軸發(fā)動機(jī)控制效果變差的問題，將直升機(jī)扭矩變化作為渦軸發(fā)動機(jī)控制前饋量，設(shè)計了帶扭矩前饋的串級ADRC渦軸發(fā)動機(jī)魯棒控制器用于變旋翼轉(zhuǎn)速過程中發(fā)動機(jī)控制，使得較大機(jī)動時動力渦輪轉(zhuǎn)速超調(diào)量減小至3%左右。結(jié)合變傳動比和變