傾轉旋翼飛行器飛行動力學數(shù)學建模方法研究.pdf

1、傾轉旋翼飛行器是一種將直升機固有的垂直起降優(yōu)勢和固定翼螺旋槳飛機的高速度遠航程性能融為一體的新型飛行器。傾轉旋翼飛行器具有三種飛行模式:懸停和小速度前飛的直升機飛行模式、巡航和高速前飛的固定翼飛機飛行模式以及直升機飛行模式向固定翼飛機飛行模式轉換的傾轉飛行模式。傾轉旋翼飛行器的傾轉或反傾轉過程是在一定的飛行速度、傾轉角以及機體姿態(tài)角范圍內進行。本文主要研究傾轉旋翼飛行器過渡飛行過程傾轉走廊的確定方法、傾轉旋翼飛行器全飛行模式的非線性飛行

2、動力學數(shù)學模型的建模方法以及動態(tài)傾轉過程的實現(xiàn)。
　　傾轉旋翼飛行器的傾轉走廊是指飛行器發(fā)動機短艙傾轉角度-速度包線。本文針對傾轉旋翼飛行器過渡飛行中的變體、變速特點提出了一種確定傾轉旋翼飛行器從直升機模式向固定翼飛機模式過渡的發(fā)動機短艙傾轉角度-速度包線分析方法。該方法從低速段包線和高速段包線兩方面開展研究，分析傾轉過程中旋翼和機翼的氣動力匹配關系，以機翼失速限制確定低速段的發(fā)動機短艙傾轉角度-速度包線，以旋翼可用功率限制確定高

3、速段的發(fā)動機短艙傾轉角度-速度包線。以XV-15傾轉旋翼飛行器為樣機，計算分析其發(fā)動機短艙傾轉角度-速度包線，并分析旋翼參數(shù)和機翼參數(shù)對擴展傾轉走廊的影響。
　　懸停和小速度飛行時，機翼處于旋翼尾跡中，旋翼和機翼之間強烈的氣動干擾作用產生機翼的向下載荷，直接影響飛行器的懸停性能以及有效載荷。本文建立了一個計算旋翼尾跡沖擊機翼表面產生向下載荷的數(shù)學模型，考慮了傾轉旋翼飛行器的幾何尺寸條件、發(fā)動機短艙傾轉角和飛行狀態(tài)等參數(shù)。本文建立的

4、這個考慮旋翼和機翼之間主要氣動干擾作用的數(shù)學模型計算簡單有效，適用于傾轉旋翼飛行器工程計算、飛行力學研究以及實時計算。
　　傾轉旋翼飛行器的飛行操縱系統(tǒng)是常規(guī)直升機和固定翼飛機的混合。直升機模式的飛行操縱類似于橫列式直升機，固定翼飛機的操縱面（副翼、升降舵和方向舵）在所有飛行模式下都有效，在發(fā)動機短艙轉向固定翼飛機的過程中，旋翼的操縱逐漸停止。直升機和固定翼飛機混合而生的傾轉旋翼飛行器的操縱策略非常復雜。本文研究了傾轉旋翼飛行器從

5、直升機飛行模式、過渡飛行模式到固定翼飛機飛行模式的操縱策略，保證了操縱桿的位移在限定范圍內，飛行器的操縱和相應的機體姿態(tài)保持連續(xù)和單調。
　　傾轉旋翼飛行器飛行動力學數(shù)學模型與傳統(tǒng)固定翼飛機的不同主要體現(xiàn)在需要增加旋翼的氣動和運動模型，旋翼和機體的氣動干擾模型以及旋翼操縱系統(tǒng)。本文建立了傾轉旋翼飛行器旋翼、機翼、機身、平尾和垂尾的氣動模型。集合傾轉旋翼飛行器的操縱策略，運用最優(yōu)方法研究傾轉旋翼飛行器在三個飛行模式下作穩(wěn)定對稱飛行時

6、的配平方法，得到配平結果以及飛行器對不同操縱方式的動態(tài)響應。最后以XV-15傾轉旋翼飛行器為例對所建模型的有效性進行驗證，計算結果用通用傾轉旋翼飛行器仿真模型結果以及可得到的飛行試驗數(shù)據(jù)進行驗證。
　　本文提出用動態(tài)最優(yōu)方法開展傾轉旋翼飛行器動態(tài)傾轉過程的研究。根據(jù)動態(tài)傾轉過程的目標函數(shù)得到了傾轉旋翼飛行器由直升機模式向固定翼飛機模式過渡飛行過程中所需的操縱、發(fā)動機短艙傾轉及傾轉旋翼飛行器的速度和姿態(tài)隨時間的變化歷程。該方法對于傾