共轴式直升机双旋翼系统的多体动力学模型

建立了共轴式直升机双旋翼系统结构的多体动力学模型,该细节模型包括旋翼轴内轴与外轴、桨毂、双旋翼、操纵杆、自动倾斜器、驱动器和固定支架等所有关键部件,经过分析计算,得到了关键部件与旋翼系统结构运动耦合的的动力学特性。与台架运转振动测试的结果进行对比发现,误差基本都在5%以内,验证了这种基于多体动力学的分析方法在共轴式直升机复杂系统结构动力学设计中应用的可行性。

基于模糊控制的共轴飞行器姿态自稳算法

针对共轴双桨飞行器悬停飞行姿态控制过程中传统控制算法姿态控制效果不理想、智能控制算法在嵌入式系统中不适用的问题,提出一种在姿态解耦的基础上利用串级PID与模糊控制相结合的半自适应姿态控制算法。该算法在共轴双桨飞行器的姿态控制器中加入了姿态解耦器,并利用模糊控制器实现了串级PID控制器内环参数的自适应。仿真实验和飞行试验表明,该控制算法无论是在数值模拟仿真系统中还是在现场飞行试验中都能表现出较好的控制效果。

共轴反转直升机传动系统构型现状

共轴刚性旋翼高速直升机由共轴反转的两幅旋翼实现悬停和爬升,由尾推进桨实现高速前飞,旋翼不需要倾转,相对倾转式旋翼机可靠性更高,具有较好的发展前景。共轴反转传动系统是共轴刚性旋翼高速直升机的关键传动部件。本文分析了共轴反转传动系统构型原理;针对共轴反转输出功能需求,将共轴反转传动系统分为以圆柱齿轮为基础、以锥齿轮为基础、以面齿轮为基础和以差动轮系为基础实现共轴反转输出的4类传动系统构型。分别论述了4类共轴反转传动系统构型的国内外发展现状、主要特点和型号应用情况,为不同需求共轴式直升机的传动系统构型选型设计提供参考。

一种共轴双旋翼飞行器悬停控制联合仿真

利用Adams/MATLAB联合仿真平台,对一种具有周向均匀分布3个舵机的操纵机构共轴双旋翼飞行器悬停控制问题进行了研究。考虑到目前对上旋翼和下旋翼之间气动干扰没有准确的数学模型,在动力学建模时利用叶素理论和Pitt-Peters动态入流模型对飞行器的气动干扰和挥舞运动进行近似建模,其他未准确建模的部分用控制算法进行补偿。选用鲁棒性较强的滑动模态控制算法并与PID算法相结合对飞行器姿态进行控制,同时利用PID算法建立姿态和位置的关系,使其具备按照空间坐标点悬停的能力。将装配模型导入Adams中建立动力学模型,在Simulink搭建控制器并进行联合仿真。研究结果验证了所设计控制方法的有效性,飞行器悬停位置的最大动态误差小于±0. 2 m.

应用于共轴双旋翼飞行器的姿态控制系统设计

针对共轴双旋翼飞行器的研制,设计了基于STM32微处理器和姿态传感器的姿态控制系统;并针对经典比例-积分-微分(PID)控制对于共轴双旋翼飞行器这种强耦合的非线性系统的控制稳定性不足的问题,提出了一种带积分自适应因子的串级PID控制算法。仿真实验和飞行试验表明:相比于传统PID控制,带积分自适应因子的串级PID控制算法具有较快的稳定时间和较小的超调量,提高了系统的稳定性和自适应能力,所设计的姿态控制系统应用于共轴双旋翼飞行器具有理想的控制效果。

变质心共轴双旋翼无人机建模与反步滑模控制

针对共轴双旋翼无人机旋翼组件过于复杂,导致旋翼控制系统可靠性较低的问题,提出了一种依靠三轨变质心机构进行姿态控制的方案。推导了三轨变质心共轴双旋翼的运动模型和空气动力学模型,并分析了不同滑块所处位置和质量占比情况下变质心无人机动力学特性。建立变质心无人机姿态控制系统的状态方程,针对系统中的非线性和不确定性,设计了基于反步滑模控制的姿态控制器。仿真实验表明,所设计的控制器能够在含有外部扰动的工况下有效完成姿态跟踪任务,具备较好的抗干扰能力。

筒状共轴折叠双旋翼无人直升机控制仿真与设计

针对双电机驱动的共轴折叠双旋翼无人直升机载荷偏小的问题,文中提出一种单层周期变距的筒状共轴折叠双旋翼无人直升机。动力系统采用伞齿机械同步结构使上下层旋翼同速旋转,旋翼系统采用下层周期变距和上层变总距。上下桨毂采用不等长设计,避免旋转展开时打桨。然后,建立该筒状共轴无人直升机的动力学模型和气动模型;并针对共轴双旋翼直升机的非线性控制问题,设计一种基于滑模控制的姿态和位置控制器,利用Matlab对该控制器进行仿真。最后,制作原理样机,通过实验验证控制方案的有效性。结果表明,所设计的无人直升机可以顺利打开桨叶,实现稳定悬停和飞行。

某共轴双旋翼无人直升机旋翼桨距操纵分配研究

对某共轴双旋翼无人直升机新型旋翼操纵系统作了介绍,对该新型旋翼操纵系统开展了旋翼桨距操纵分配的详细计算与分析。首先,确定了旋翼总距变化范围,并根据该机悬停总距确定了旋翼操纵零位;其次,以操纵零位为基准通过计算获得舵机偏角与旋翼系统总距变化的对应关系;再以随机获取的位置点计算获得舵机偏角与旋翼周期变距的对应关系;最终通过特征位置求解舵机偏角对应于旋翼桨距的操纵分配矩阵,并在计算过程中对一些假设条件进行了操纵误差分析和验证,结果表明该操纵分配矩阵可用于该共轴双旋翼无人直升机的飞控系统。

空间双激振器同轴反向回转振动系统自同步特性研究

为了解决平面振动自同步模型无法适配复杂工况的问题,对双机驱动的同轴线反向回转振动系统的自同步特性进行了分析和研究。首先,分析了系统的受力情况,搭建了该系统的运动学模型,并应用Lagrange方程得出了系统的运动微分方程,利用平均法处理了电机转子的转速及相位,进一步计算得到了其稳态响应;然后,利用Hamilton原理分析了振动系统的稳态方程,经计算推导出了转子实现同步和稳定的两大条件;讨论了系统主要的结构参数和工作参数变化对系统同步性和稳定性的影响;最后,根据计算得出的数据,利用MATLAB搭建了力学模型,并借助Simulink对模型进行了仿真,验证了振动系统实现自同步的稳定性与可行性。研究结果表明:两电机在稳定工况下可以保持在同一转速,相对相位差不发生变化,稳定在2 rad左右;同时,当对系统内一台电机进行断电重连的操作时,该电机仍可以在25 s内达到正常工作电机的转速,两电机转子相位差依旧维持在2.5 rad附近,垂直振动轨迹只发生±0.04 m的偏移。该研究填补了空间振动系统缺少反向回转模型同步理论的情况,可以为类似振动同步研究打下基础。

高速直升机关键技术与发展

常规直升机由于构型影响,限制了其飞行速度、航程等主要性能指标,高速化已经成为未来直升机发展的重要趋势之一,欧美等国已争先投入大量的资源研发高速直升机,且取得了阶段性的突破。本文首先分析了限制常规直升机速度的本质因素以及可实现速度提升的不同构型型式;然后重点针对4种具有较大发展潜力的高速构型:共轴刚性旋翼高速直升机、倾转旋翼飞行器、双推力复合式高速直升机、多桨倾转旋翼电驱动高速直升机进行分析,系统梳理了不同类别高速直升机研制过程中因构型差异衍生出的特有关键技术,并对各项关键技术展开技术途径分析,指出其中的难点与发展方向。最后,给出了一些高速直升机的发展思路。

基于滤波反步法的共轴双旋翼无人机控制

针对炮射共轴双旋翼无人机的姿态控制问题,基于炮射条件下无人机姿态、速度等参数与执行机构到桨叶的运动状态之间的映射关系,采用低通滤波器设计了反步滑模控制律。根据该无人机的炮射使用条件,使用多初始条件下适应度计算的遗传算法进行参数整定。该控制系统具有强鲁棒、高动态和高精度的特性,能够满足该类型无人机弹射飞行等要求。经仿真验证,控制性能优良,姿态稳态误差在0.4°以内。