基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

Flight dynamics characteristics of canard rotor/wing aircraft in helicopter flight mode

The aerodynamic layout of the Canard Rotor/Wing(CRW) aircraft in helicopter flight mode differs significantly from that of conventional helicopters. In order to study the flight dynamics characteristics of CRW aircraft in helicopter mode, first, the aerodynamic model of the main rotor system is established based on the blade element theory and wind tunnel test results. The aerodynamic forces and moments of the canard wing, horizontal tail, vertical tail and fuselage are obtained via theoretical analysis and empirical formula. The flight dynamics model of the CRW aircraft in helicopter mode is developed and validated by flight test data. Next, a method of model trimming using an optimization algorithm is proposed. The flight dynamics characteristics of the CRW are investigated by the method of linearized small perturbations via Simulink. The trim results are consistent with the conventional helicopter characteristics, and the results show that with increasing forward flight speed, the canard wing and horizontal tail can provide considerable lift,which reflects the unique characteristics of the CRW aircraft. Finally, mode analysis is implemented for the linearized CRW in helicopter mode. The results demonstrate that the stability of majority modes increases with increasing flight speed. However, one mode that diverges monotonously,and the reason is that the CRW helicopter mode has a large vertical tail compared to the conventional helicopter. The results of the dynamic analysis provide optimization guidance and reference for the overall design of the CRW aircraft in helicopter mode, and the model developed can be used for control system design.     

直升机飞行动力学数学模型研究特点分析

根据国内外直长机数学模型研究情况,从飞行动力学角分析直升机数学模型的特点。重点讨论了不同研究目的直或机飞行动力学模型的区别,即分别对以非实时数值仿真,实时数值仿真和控制律设计为目的的直升机模型进行分析,阐述其在模型的运动方程数学形式,子模型的复杂性和选取,模型精度以及模型的应用范围等方面的特点,并简要介绍了目前用于直升机飞行动力学特性研究的综合分析软件系统和试验相关性研究。     

直升机结构动特性建模技术研究

在直升机设计阶段通过建模分析进行全机动特性设计，准确地预测全机振动响应是控制和降低直升机振动水平的关键技术，本文以直11型直升机为研究对象，对机体结构的动特性建模技术进行了深入的研究，采用从部件到全机建模的研究策略，把整个机体分成尾段，舱门，机身段，分别进行有限元建模，动特性试验，相关分析，模型修改技术和建模准则的研究，在此基础上，对部件连接界面建模分析，组建修改后的各部件模型，建立全机动特性分析模型，通过对直11型机全机动力学建模，试验相关分析与模型修改，大大增强了分析模型的预测能力，达到了40Hz以内的频率误差小于11％的预测精度，突破了对直升机复杂结构建模关键技术，建立了适用于直升机结构动力学分析的建模准则，在直11型机动特性设计中取得了成功。     

直升机总体参数对稳定性的影响研究

采用筛选试验设计方法研究直升机总体参数对稳定性的影响.根据直升机线性飞行动力学方程,建立了适合直升机总体设计的稳定性分析模型,以UH-60A为样机,研究影响直升机稳定性的总体和布局参数,同时对参数进行了敏感性分析,为在直升机总体设计中考虑稳定性设计要求,选择合适的总体和布局参数提供参考.     

某直升机“空中共振”分析

直升机“空中共振”问题,是一种危及直升机飞行安全的自激振动问题,是直升机设计中必须解决的问题。某直升机“空中共振”计算,是指该直升机在悬停状态的“空中共振”计算。在计算过程中,应用“八五”重点预研课题《星形柔性桨毂直升机“空中共振”计算方法研究》的研究成果,建立了“空中共振”计算模型,研制了一套实用的计算软件,分别采用临界稳定性分析法和特征根分析法进行“空中共振”计算,并进行了计算结果的对比,得出了明确的计算结论。     

模型直升机悬停状态下飞行力学模型辨识

 直升机飞行力学模型的准确性对于直升机的控制系统设计具有非常重要的影响。采用常规的建模方法往往很难获得准确的飞行力学模型。为满足飞行控制系统设计的需要,提出了一种直升机飞行力学模型的系统辨识建模方法。该方法将机理建模方法与辨识建模方法相结合,首先利用状态子空间法获得直升机的近似飞行力学模型,再将机理建模提供的先验知识与子空间法辨识得到的模型相融合,限定主要参数,采用误差预报法进一步寻优得到较准确的直升机飞行力学模型。通过飞行试验,成功地辨识得到了悬停状态下模型直升机状态空间方程表达的线化飞行力学模型。所得的辨识结果能够准确预测出模型直升机的响应,可以应用于飞行控制系统设计当中。     

基于遗传算法的直升机总体优化设计

遗传算法是一种可以混合整型、离散型和连续型变量一起使用的新兴优化算法，在单或多目标带约束优化设计领域有广阔的应用空间。本文在算例中采用与先验法相结合的遗传算法，以总体参数为设计变量，飞行性能和结构要求为约束条件，换算生产率为目标函数，并使用罚函数法处理成无约束的适应度函数，建立优化设计模型。对本文算例计算结果进行分析，可以使遗传算法更好地应用到直升机优化设计领域。     

基于系统分解的三自由度直升机控制仿真研究

三自由度直升机模型是多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象,针对对象维数较高,控制器不易设计的问题,提出了一种基于系统分解的控制方法。首先建立了直升机的数学模型,并通过输入-状态线性化方法将模型线性化;其次将模型分解为两个子系统;最后分别采用无静差跟踪方法与PD控制方法设计子系统控制器。该方法通过模型分解,可大大降低控制器设计难度。仿真结果表明直升机姿态轨迹跟踪效果良好。     

无人直升机模型体系设计

基于动量理论、叶素理论与FLIGHTLAB软件,为样例无人直升机建立了模型体系,该模型体系包括直升机对象的三个数学模型:动量模型、叶素模型与FLIGHTLAB模型.动量模型主要用于对象性能初步分析与控制系统初步决策;叶素模型主要用于控制系统设计;FLIGHTLAB模型主要用于动量模型与叶素模型的对比、分析与修正,构成了直升机模型体系,通过仿真与飞行试验,该模型体系效果较好,置信度高.     

动力舱冷却用排气引射混合管改进设计方法

对直升机动力舱冷却用的排气引射混合管的设计方法进行了研究,基于引射器特性方程和对引射特性影响因素的分析,参考某型直升机发动机排气系统,提出了针对直升机动力舱冷却用的排气引射混合管设计的改进方法——修正系数法.应用该方法,针对某型发动机动力舱冷却用排气引射混合管进行了设计,并与实验结果进行了对比,结果表明,该方法可以使设计效率提高30%,设计精度保持在5%以内,满足工程设计要求,具有工程应用价值.      

直升机着舰纵向下滑控制系统仿真研究

采用ＬＱＧ／ＬＴＲ方法设计了直升机着舰纵向下滑控制系统,其中包括建立直升机增广系统的数学模型,确定控制器的频域范围匐棒性边界条件,反馈回路的设计和回路传递函数在输出端的恢复。在给出该控制系统仿真框图的基础上,利用仿真软件进行数字仿真。最后,对仿真结果中直升机高度、速度随机－舰距离和时间的变化曲线进行了分析,得到了一些有工程应用价值的研究结果。     

Analysis of static loading for a helicopter tubular skid landing gear

We compare the results of analyzing the stress strain state for the tubular skid landing gear with regard for the physically and geometrically nonlinear scheme of deformation; the analysis is carried out by the finite element method and with the aid of a special beam-type design model. The analysis has been performed for a real helicopter design. The peculiarities of deforming the aircraft structures of the type under study are shown based on the comparison results.     

小型无人直升机建模与鲁棒飞行控制研究

以某小型无人直升机为对象,采用分体法分析了机体各部分受力情况。根据力与力矩的平衡关系,获得了无人直升机完整的非线性飞行动力学数学模型。基于所建模型,进行了所有飞行状态下无人直升机的配平计算。根据配平结果,获得了悬停时的线性状态空间模型,在考虑风扰动前提下,采用H∞静态输出反馈控制方法对无人直升机内外回路控制器进行了设计。仿真结果表明,所建模型的配平结果与实际直升机特性基本相符,验证了模型的有效性;H∞综合控制方法较好地实现了对扰动下无人直升机状态的控制,表明该算法具有良好的鲁棒性、解耦性及跟踪特性。     

直升机发动机数字控制系统仿真分析

通过研究构建了某型直升机装某型发动机控制系统设计方案,建立直升机发动机数字控制系统仿真模型,应用MATLAB6·0进行发动机控制系统仿真计算和动态分析,通过直升机/发动机地面联合试验验证发动机控制系统仿真分析结果,建立一套直升机发动机数字控制系统仿真分析方法。     

神经网络在直升机对地攻击中的应用研究

应用神经网络方法研究了直升机对地射击的一些技术问题。文中首先介绍了直升机对地攻击的火控系统原理;其次,对复杂又不稳定的直升机飞行运动模型设计了模糊神经网络控制器;然后,设计了综合火/飞控制系统,并对所设计的整个攻击系统进行了仿真,通过仿真证明满足系统设计要求。在神经网络设计中,采用了变尺度优化算法,提高了算法的速度和精度,直升机对地攻击的实时应用提供了重要的参数价值。     

某直升机主减速器滑油冷却系统设计

对直升机主减速器滑油冷却系统的滑油流量和热耦合设计方法进行了研究,对散热器散热特性、减速器对滑油加热规律、系统热耦合过程进行了分析,利用某直升机主减速器的实验数据,提出了针对该直升机主减速器滑油冷却系统设计的改进方法.利用改进方法进行的该直升机减速器滑油冷却系统的设计结果与理论分析相吻合.     

共轴式直升机线性系统建模

应用小扰动理论和数值法,对共轴式直升机飞行动力学非线性数学模型进行线性化,获得了用于操稳特性分析和控制系统设计的共轴式直升机线性化模型.以某型共轴式直升机为研究对象,计算其稳定性导数和控制导数,结果与俄罗斯计算结果基本一致,并对研究对象的稳定性进行了初步分析.     

跪式起落架在武装直升机坠毁过程中能量吸收能力研究(Ⅰ)——数值仿真计算

 在简述直升机抗坠毁原理的基础上,模拟直升机机体的等效质量与跪式起落架构成的组合系统在 6m/ s硬着陆垂直撞击地面时的塑性动力响应和能量吸收过程。所用的模型为 :1基于真实几何构型和材料特性的起落架 FEM动力学计算模型;2简化的弹簧 -刚性杆系统模型。通过 Lagrange方程解出了直升机以6 m/ s的速度垂直撞击地面这一过程的动态响应,近似给出了起落架吸收的能量 (塑性功 )占初始动能的百分比;机体的动能变化曲线以及主缓冲器的载荷谱曲线。两者结果进行了比较,为直升机抗坠毁设计提供理论指导。     

通用型直升机直接使用成本估算模型

研究一种可以在直升机总体方案设计阶段进行直接使用成本估算的方法.通过对通用型直升机样本数据资料的整理和回归分析,得到了用燃油消耗率和直接维护保障耗时率来衡量和估算直接使用成本大小的新方法,建立了通用型直升机直接使用成本的估算和比较模型,为通用型直升机总体设计阶段直接使用成本的评估提供了参考依据.