倾转旋翼飞行器飞机/发动机综合建模及控制研究

作     者：聂友伟 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李秋红

授予年度：2017年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：倾转旋翼飞行器 涡轴发动机 综合建模 倾转走廊 动态响应 综合控制 

摘      要：不同于传统的直升机或者固定翼飞机,倾转旋翼飞行器兼具直升机能够垂直起降和固定翼飞机航程远的特点而受到广泛关注。涡轴发动机作为其动力系统,具有功率大、研制难度高等特点。因此本文针对倾转旋翼机及涡轴发动机建模及综合控制开展研究:首先,建立倾转旋翼机的非线性数学模型。将倾转旋翼机的各部件分别建模,包括旋翼模型、机翼模型、机身模型、平尾模型和垂尾模型,其中旋翼模型采用叶素理论建模。模型还考虑了旋翼和短舱的倾转对飞机重心位置和飞机惯性矩的影响。将各部件模型综合得到飞机完整的飞行动力学模型。该模型能够仿真直升机状态、倾转过程状态和固定翼飞行状态。其次,对涡轴发动机建立数学模型。依次建立进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮、动力涡轮、尾喷管和减速系统的数学模型。模型中综合了旋翼的功率需求和气动影响。稳态模型采用Newton-Raphson方法进行求解,动态过程采用一次通过算法计算。再次,建立倾转旋翼机的混合操纵模型以解决操纵冗余问题,分别在直升机状态、倾转状态和固定翼飞行状态的不同前飞速度下对飞机配平,配平结果与GTRS及其他文献的对比表明本文建立的倾转旋翼机模型和发动机模型具有较高的准确性,可以为后续的研究提供平台。最后,研究了倾转旋翼机的操纵响应,并给出操纵响应的定性说明,并研究了在直升机状态、倾转状态和固定翼飞行状态下的飞机和发动机的综合控制规律。本文研究结果可以为倾转旋翼机的建模及控制提供一定的参考。