电控旋翼气弹动力学建模研究

研究了电控旋翼的气弹动力学建模方法。以有限元旋翼气弹分析程序LORA01为基础,首先给出了一种能计及襟翼移轴补偿影响的时域综合非定常气动力模型,并将伺服襟翼作为额外引入的质量体计入结构动力学模型;之后结合有限元法,根据Hamilton原理导出由广义力表示的带襟翼桨叶非线性运动方程,采用基于Newmark方法的隐式数值积分法对桨叶运动方程进行求解。最后,利用主动控制襟翼旋翼的试验数据对模型进行了比较验证,证明了所建模型的正确性。

用于电控旋翼气弹分析的带襟翼翼型气动力模型

为满足电控旋翼的气弹分析需要,给出了带襟翼翼型的综合时域非定常气动力模型,该模型可以计及襟翼移轴补偿的影响。之后通过与静态、动态风洞吹风数据的比较,验证了该模型的准确性。相关分析表明该模型在翼型未发生失速前具有良好的静、动态气动力预测能力。

电控旋翼气弹设计参数研究

以有限元旋翼气弹分析程序 LORA0 1为基础 ,建立了电控旋翼的气弹分析模型 ,给出了一种有效的旋翼 /襟翼耦合配平方法。以此为基础 ,选取改造后的 SA3 49旋翼为基准旋翼 ,对电控旋翼的若干设计参数进行了分析研究。这些参数包括 :桨叶预安装角、桨根弹簧扭转刚度、襟翼长度、襟翼中点径向位置、襟翼弦长比以及襟翼移轴补偿率。通过参数分析得到适宜的取值范围 ,可作为电控旋翼设计的理论基础。

原理性电控旋翼系统试验研究

电控旋翼是于本世纪初提出的一种新概念旋翼系统。本文首次开展了电控旋翼的试验研究。首先自行研制了一套用于试验的原理性电控旋翼系统。以此为基础,进行了悬停和前飞状态下的电控旋翼襟翼总距和周期变距操纵试验。试验结果表明,电控旋翼的襟翼总距和周期变距操纵效果与常规旋翼类似,电控旋翼完全可以取代传统的自动倾斜器操纵系统实现旋翼操纵。理论与试验结果的对比则相互印证了正确性。

电控旋翼直升机配平及操纵特点分析

对采用电控旋翼直升机的配平及操纵特性进行了研究。首先根据电控旋翼的刚体桨叶变距运动方程,推导了襟翼操纵量与桨叶桨距的显式关系式。以此为基础,建立了电控旋翼直升机的飞行动力学模型。以WZ-1直升机为样例直升机,对比分析了电控旋翼直升机与常规直升机的配平特性和操纵响应特性。结果表明,电控旋翼直升机具有与常规直升机类似的配平和操纵特性,桨叶预安装角和桨根扭簧刚度这两个参数对其影响显著。

电控旋翼稳态操纵响应研究

电控旋翼是于21世纪初提出的一种新概念旋翼系统。为探索其操纵规律,首先给出电控旋翼的理论计算模型。以此为基础,对SA349基准电控旋翼的稳态操纵响应进行了计算分析。得出结论:(1)襟翼操纵可有效改变桨叶桨距,时滞约为1/10旋转周期;(2)前飞状态下,襟翼总距操纵会产生周期变距效应;(3)襟翼周期变距操纵响应与传统旋翼类似。在原理性电控旋翼系统上,进行了悬停和前飞状态下襟翼的总距和周期变距操纵试验。通过对操纵响应试验结果的对比分析,证明了理论计算模型的正确性,同时也说明电控旋翼完全可用于旋翼操纵。

电控旋翼直升机飞行动力学建模与配平特性研究

首先基于Peters-He广义动态尾迹理论,建立了电控旋翼动态尾迹入流模型,进一步结合电控旋翼襟翼操纵与桨叶变距之间的关系、桨叶挥舞运动方程和带襟翼翼型非定常气动力模型建立了适用于飞行力学分析的电控旋翼气动力模型。在此基础上,结合机身、尾桨、尾面的气动力模型,建立了完整的电控旋翼直升机飞行动力学分析模型。以Z-11直升机为基准改造为电控旋翼直升机作为算例,计算了前飞状态下电控旋翼直升机的诱导速度分布和桨盘迎角分布,对比了电控旋翼与常规旋翼的气动特性差异;在此基础上,进一步分析了电控旋翼直升机的配平特性随前飞速度的变化规律以及与常规直升机的差异。

改进型电控旋翼桨距控制的建模与仿真

电控旋翼是于本世纪初被提出的一种新概念旋翼系统。为了实现对电控旋翼桨距幅值和相位的准确控制,以改进型电控旋翼系统为研究对象,分析了电控旋翼桨距控制过程的各个控制环节,建立了其各控制环节的数学模型。以之为基础,采用多变量PID控制算法设计了适用于悬停和前飞状态下的改进型电控旋翼桨距控制律,运用Simulink平台对控制律进行动态仿真分析,仿真结果表明在不同飞行状态下,改进型电控旋翼的总距和周期变距均取得了较好的控制。证明了所提出的改进型电控旋翼桨距控制方法的正确性和有效性。

基于自由尾迹方法的电控旋翼气动特性分析

考虑了襟翼偏转对桨叶剖面有效迎角及旋翼尾迹结构的影响,建立了电控旋翼自由尾迹入流模型,并结合电控旋翼带襟翼翼型气动力模型、桨叶挥舞运动模型、旋翼配平模型,建立了一种电控旋翼气动特性分析方法。利用该方法,对某样例电控旋翼悬停和前飞状态的气动特性进行了计算,并将电控旋翼与常规旋翼的气动特性进行了对比分析。结果表明,悬停时,配平所需的电控旋翼襟翼偏角幅值随拉力增加而增加;前飞时,电控旋翼后行桨叶剖面迎角比常规旋翼更大,更可能发生失速。

电控旋翼——一种新概念旋翼系统

介绍了电控旋翼这种新型旋翼操纵系统的概念、特点、发展及技术现状。

用于电控旋翼的带襟翼翼型关键参数研究

为满足电控旋翼的设计需要,首先给出了可计及襟翼移轴补偿影响的带襟翼翼型的综合时域非定常气动力计算模型。以此为基础,对襟翼弦长比和移轴补偿率这两个重要参数进行了分析。结果表明:增大移轴补偿率会减小升力系数;俯仰力矩系数随襟翼弦长比增大将出现最值,该最值与移轴补偿率有关;襟翼铰链力矩系数随襟翼弦长比增加迅速增大,而增加移轴补偿率则可大幅度减少襟翼铰链力矩系数。对于电控旋翼而言,襟翼弦长比取0.2左右,移轴补偿取0.25左右,可以取得较为满意的效果。

基于RTW电控旋翼控制律的DSP实现

给出了一种快速实现电控旋翼控制系统桨距控制律的方法,同时使用Simulink工具箱对电控旋翼控制系统进行建模,通过Matlab的实时工作站和TI的开发工具CCS将Simulink模型转变成实时C代码,并下载到DSP硬件中,快速完成电控旋翼控制器的开发。最后运用生成的DSP代码进行电控旋翼桨距控制试验,试验研究结果验证了该方法的可行性、快速性、准确性。

悬停状态电控旋翼噪声主动控制试验

为研究电控旋翼襟翼高阶谐波噪声控制规律,在电控旋翼综合试验台上进行了悬停状态下的噪声主动控制试验。首先搭建了用于旋翼噪声测量和襟翼控制的测控系统,基于该系统,施加了不同谐波阶数下的襟翼幅值、相位控制,通过对试验数据的分析表明:旋翼转速为500r/min时,旋翼噪声声压级最多可降低4dB;最佳的旋翼噪声控制襟翼谐波阶数为2/rev,襟翼谐波的最优控制幅值小于6°,最优控制相位在180°~300°之间。

基于独立桨距控制的电控旋翼主动振动控制

电控旋翼利用桨叶后缘襟翼偏转通过气弹作用带动桨叶变距,从而实现对旋翼的控制。但由于其系统的复杂性,桨叶间易存在扭转刚度和质量不相似,从而引起较严重的旋翼振动。针对该情况,提出了基于独立桨距控制的主动振动控制方法,并以某原理性电控旋翼为算例进行了数值仿真,验证了所提出控制方法对电控旋翼由扭转刚度和质量不相似引起振动的减振有效性,最佳减振水平可达90%。

电控旋翼传感器系统余度设计及表决算法研究

电控旋翼通过电作动器驱动伺服襟翼偏转,通过气弹作用带动桨叶变距,从而实现旋翼操纵。为提高电控旋翼传感器系统的可靠性,文中以模型电控旋翼系统为对象,提出了一套非相似三余度传感器系统方案;进一步提出了一种改进的表决算法,该算法通过将基于LMS算法的预测值引入表决中,使三余度传感器系统在出现两路随机故障时仍能够有效判别正常信号,从而提高了系统的可靠性;通过仿真验证了该改进表决算法的可行性;最后通过对襟翼传感器的试验研究,证明了所提出的余度设计方案及表决算法的有效性。

基于LabVIEW的电控旋翼测控系统设计

以电控旋翼综合试验台为研究对象,基于LabVIEW设计开发了一套电控旋翼测控系统。采用自顶向下的设计方法,将各个需要实现的功能模块化,供顶层统一调用。该测控系统整合了测控系统中各个硬件功能,有效实现了系统运行状态反馈、设备控制、控制参数在线发送、数据实时采集与储存、以及旋翼状态监视系统自动保护等功能。试验实测表明:所开发的电控旋翼测控系统能够实现所需的各项功能并满足性能要求。

电控旋翼的误差通道在线辨识桨距控制

为了提高电控旋翼桨距的控制效果,提出了两种基于误差通道在线辨识的自适应滤波控制方法:缩放因子法和约束权函数法。利用桨距开环状态试验数据和最小二乘法辨识得到的控制对象数学模型,完成了两种改进方法的电控旋翼桨距控制仿真。仿真结果表明:缩放因子法在不降低自身自适应性的同时,可以有效地提高电控旋翼的总距及周期变距桨距控制精度和响应速度;约束权函数法则在有效抑制外部噪声干扰的同时提高了控制算法的稳定性。

电控旋翼桨距自校正控制仿真研究

针对电控旋翼的桨距控制问题,采用基于极点配置法的自校正控制方法进行仿真研究。以某电控旋翼试验系统为研究对象,采用最小二乘法对系统进行参数识别,利用极点配置法设计自适应控制器,并利用MATLAB将控制算法予以实现,对该电控旋翼系统进行充分的桨距控制仿真。仿真结果表明,基于极点配置法的自校正控制方法可对电控旋翼总距和周期变距实现有效准确的控制,并对系统模型的变化具有良好的适应性。

基于自适应滤波的电控旋翼桨距控制试验

提出了基于自适应滤波的电控旋翼桨距控制方法,并基于此开发了双闭环电控旋翼桨距控制系统,利用模型电控旋翼试验台进行了悬停状态下的桨距控制试验.试验结果表明:所研制的双闭环电控旋翼桨距控制系统能够有效、可靠地实现襟翼操纵和桨距控制.基于自适应滤波的桨距控制律可以很好地实现电控旋翼的总距、周期变距以及总距耦合周期变距操纵;桨距响应幅值满足要求,相位滞后约在10°～15°之间;从襟翼偏转到桨叶变距响应的滞后约20°～30°.不同桨叶/襟翼自身的结构及气动特性差异,会一定程度的影响桨距控制的实际效果.

悬停状态电控旋翼桨距控制

针对改进型电控旋翼系统,首先建立了其各控制环节的数学模型,采用串级PID(proportion in-tegration differentiation)控制算法设计了悬停状态下电控旋翼桨距控制律,PID参数根据Ziegler-Nichols方法进行整定.通过仿真计算分析,初步验证了该控制算法对于桨距控制的有效性.以上述控制方法为基础,进一步开展了悬停状态下电控旋翼桨距控制的闭环试验研究,成功的实现了电控旋翼桨距幅值和相位的控制,验证了串级PID电控旋翼桨距控制算法的正确性和有效性.