本文關(guān)鍵詞：變轉(zhuǎn)速直升機／傳動系統(tǒng)／發(fā)動機綜合建模與控制研究

  更多相關(guān)文章： 直升機 渦軸發(fā)動機 變旋翼轉(zhuǎn)速 容積動力學(xué) 無級變速器 綜合控制仿真

【摘要】：為進一步提升直升機性能,旋翼變體技術(shù)在直升機技術(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)動機輸出軸轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。然而在渦軸發(fā)動機工作過程中,在保證向直升機主旋翼提供連續(xù)的功率的前提下,發(fā)動機輸出軸轉(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/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機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,本文以某型直升機為研究樣例,結(jié)合其自身結(jié)構(gòu)特點,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)建了直升機全量非線性飛行動力學(xué)模型,并進行了懸停不穩(wěn)定性開環(huán)擾動仿真試驗和直升機變旋翼轉(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特性數(shù)據(jù)方法進行了討論。將所建立的直升機飛行動力學(xué)模型與渦軸發(fā)動機部件級模型相結(jié)合,構(gòu)成直升機/渦軸發(fā)動機綜合仿真模型為進一步變旋翼轉(zhuǎn)速研究做準備。仿真結(jié)果表明,建立的直升機模型和發(fā)動機模型符合直升機和發(fā)動機原理,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)機理進行的分析比較,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/傳動系統(tǒng)/渦軸發(fā)動機綜合仿真模型,并進行了數(shù)字仿真試驗,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功率需求而使得渦軸發(fā)動機控制效果變差的問題,將直升機扭矩變化作為渦軸發(fā)動機控制前饋量,設(shè)計了帶扭矩前饋的串級ADRC渦軸發(fā)動機魯棒控制器用于變旋翼轉(zhuǎn)速過程中發(fā)動機控制,使得較大機動時動力渦輪轉(zhuǎn)速超調(diào)量減小至3%左右。結(jié)合變傳動比和變動力渦輪參考轉(zhuǎn)速的方法進行了直升機/傳動系統(tǒng)/渦軸發(fā)動機綜合控制策略研究,通過直升機/傳動系統(tǒng)/渦軸發(fā)動機綜合模型數(shù)字仿真試驗對比了不同控制策略下直升機/發(fā)動機綜合系統(tǒng)的性能差異。
【關(guān)鍵詞】：直升機 渦軸發(fā)動機 變旋翼轉(zhuǎn)速 容積動力學(xué) 無級變速器 綜合控制仿真
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V275.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 直升機變旋翼轉(zhuǎn)速技術(shù)概述13
• 1.2 變轉(zhuǎn)速直升機/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機綜合建模與控制研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 直升機變旋翼轉(zhuǎn)速技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 直升機/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機綜合建模與控制研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的主要研究工作16-17
• 1.3.1 變轉(zhuǎn)速直升機/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機綜合建模方法16-17
• 1.3.2 變旋翼轉(zhuǎn)速過程渦軸發(fā)動機控制方法研究17
• 1.4 本文的內(nèi)容安排17-19
• 第二章 直升機/渦軸發(fā)動機綜合建模研究19-50
• 2.1 引言19
• 2.2 直升機飛行動力學(xué)模型19-37
• 2.2.1 概述19-24
• 2.2.2 直升機部件氣動力學(xué)模型24-31
• 2.2.3 直升機運動學(xué)方程31-34
• 2.2.4 直升機模型仿真分析34-37
• 2.3 渦軸發(fā)動機部件級模型37-46
• 2.3.1 容積動力學(xué)原理37-38
• 2.3.2 發(fā)動機部件熱力學(xué)模型38-41
• 2.3.3 發(fā)動機部件級模型計算流程41-42
• 2.3.4 基于級疊加的壓氣機特性修正方法42-46
• 2.4 直升機/渦軸發(fā)動機綜合仿真模型46-49
• 2.5 小結(jié)49-50
• 第三章 基于無級變速的變旋翼轉(zhuǎn)速控制模擬方法50-61
• 3.1 引言50-51
• 3.1.1 航空領(lǐng)域多級傳動系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀50
• 3.1.2 連續(xù)變旋翼轉(zhuǎn)速機理分析50-51
• 3.2 理想無級變速傳動系統(tǒng)模型51-54
• 3.2.1 模型建立方法51-53
• 3.2.2 建模主要參數(shù)53-54
• 3.3 直升機/傳動系統(tǒng)/發(fā)動機綜合仿真模型54-55
• 3.4 直升機變旋翼轉(zhuǎn)速控制模擬研究55-60
• 3.4.1 懸停狀態(tài)下變旋翼轉(zhuǎn)速過程數(shù)字仿真試驗55-57
• 3.4.2 前飛加速變旋翼轉(zhuǎn)速過程數(shù)字仿真試驗57-60
• 3.5 小結(jié)60-61
• 第四章 變旋翼轉(zhuǎn)速過程渦軸發(fā)動機控制方法研究61-70
• 4.1 引言61
• 4.2 變旋翼轉(zhuǎn)速渦軸發(fā)動機前饋控制61-64
• 4.2.1 概述61-62
• 4.2.2 帶扭矩前饋的渦軸發(fā)動機串級ADRC控制器設(shè)計62-63
• 4.2.3 數(shù)字仿真驗證及結(jié)果分析63-64
• 4.3 變轉(zhuǎn)速直升機推進系統(tǒng)綜合控制64-69
• 4.3.1 概述64-65
• 4.3.2 兩種變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)方法對比65-67
• 4.3.3 變旋翼轉(zhuǎn)速可調(diào)因子控制策略67-69
• 4.4 小結(jié)69-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 本文總結(jié)70
• 5.2 工作展望70-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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