【摘要】：復(fù)合式高速直升機(jī)因其兼具垂直起降、空中懸停和高速巡航飛行能力,在軍事和民用領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用價(jià)值,是直升機(jī)未來(lái)的重要發(fā)展方向之一。本文以“共軸剛性旋翼+螺旋槳推進(jìn)器”構(gòu)型的復(fù)合式高速直升機(jī)為研究對(duì)象,開展復(fù)合式高速直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)建模與飛行控制技術(shù)研究,主要工作內(nèi)容和成果如下:首先,介紹了樣例復(fù)合式高速直升機(jī)的構(gòu)型特點(diǎn)及操縱方式,結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)原理和樣例復(fù)合式高速直升機(jī)的氣動(dòng)參數(shù),建立了樣例復(fù)合式高速直升機(jī)全量非線性飛行動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,以樣例復(fù)合式高速直升機(jī)的小擾動(dòng)線性化模型為基礎(chǔ),通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)模態(tài)和時(shí)域響應(yīng)特性,研究了其穩(wěn)定特性和操縱耦合特性。其次,針對(duì)樣例復(fù)合式高速直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型存在不確定性的問題以及控制量輸入受限的約束,改進(jìn)了一種基于擴(kuò)大正不變集理論的單向輔助面滑模姿態(tài)控制算法,通過(guò)將被控量偏差作為約束條件引入單向輔助面的設(shè)計(jì)過(guò)程,保證了姿態(tài)跟蹤誤差始終處于設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。針對(duì)姿態(tài)回路快速響應(yīng)的控制需求,設(shè)計(jì)了變指數(shù)趨近律和終端吸引子,從而在提高被控量收斂速度的同時(shí)抑制控制量穩(wěn)態(tài)抖振現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明,所提出的姿態(tài)控制算法能快速跟蹤姿態(tài)指令,并保證跟蹤誤差始終滿足設(shè)計(jì)要求,避免了控制量的飽和問題。最后,針對(duì)樣例復(fù)合式高速直升機(jī)由低速向高速模式過(guò)渡過(guò)程中操縱方式與氣動(dòng)特性變化范圍大的問題,基于線性變參數(shù)控制理論研究了樣例復(fù)合式高速直升機(jī)大包線飛行控制問題。以速度為調(diào)參變量將樣例復(fù)合式高速直升機(jī)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)劃分為若干重疊子區(qū)域,基于多胞理論和間隙度量理論,分別設(shè)計(jì)了各子區(qū)域的最優(yōu)控制器,采用重疊區(qū)域滯后切換策略實(shí)現(xiàn)大包線內(nèi)各子區(qū)域控制器的切換。仿真結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的全包線飛行控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指令的準(zhǔn)確跟蹤,保證了各模態(tài)控制器切換的穩(wěn)定性。
【圖文】：

復(fù)合式高速直升機(jī)懸停和低速巡航飛行時(shí)不發(fā)揮作用,但是又增加了直升機(jī)的重量。為提高高速飛行時(shí)推進(jìn)器的效率，減小旋翼與推進(jìn)器間的氣動(dòng)耦合，皮爾凱斯公司提出了涵道螺旋槳式的推力復(fù)合式高速直升機(jī)，“速度鷹”X-49A（圖1.2），，并于2007年首飛。通過(guò)將涵道螺旋槳安裝在直升機(jī)尾部，可以在產(chǎn)生前向推力的同時(shí)最大程度上減小與旋翼之間的氣動(dòng)干擾，并且風(fēng)扇被涵道包圍，降低了來(lái)自旋翼的氣流干擾[16,17]。2015年12月，諾斯洛普 格魯門公司(Northrop Grumman)完成了采用共軸雙旋翼布局的Tern項(xiàng)目第二階段研究工作，作為Tern項(xiàng)目合作者的AVX公司，以O(shè)H-58F偵察機(jī)為基礎(chǔ)研制的共軸雙旋翼涵道式直升機(jī)，目前處于樣機(jī)設(shè)計(jì)階段。由于涵道螺旋槳安裝在直升機(jī)尾部

圖1.2 “速度鷹”X-49A直升機(jī) 圖1.3 X-2復(fù)合式高速直升機(jī)圖 1.4 “侵襲者”S-97 直升機(jī) 圖 1.5 “挑釁者”SB-1 直升機(jī)采用螺旋槳推進(jìn)器的推力復(fù)合式高速直升機(jī)效率相對(duì)較高，國(guó)外許多學(xué)者對(duì)該類復(fù)合式高
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V212.4;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2694525