随着经济社会的快速发展和我国低空领域的开放,直升机在社会生活中的应用越来越广泛,尤其是在各种救援抢险等危险的环境中,一架高性能、安全稳定的直升机发挥着不可替代的重要作用。随着直升机和驾驶员的数量不断增加,需要不断提高驾驶员的培训效率与飞行的安全性与稳定性。而此时,不断发展的直升机模拟器技术以其安全、高效、经济和逼真度高等特点成为直升机驾驶员培训和直升机研发过程中的关键环节。针对以上提出的关于提高飞行安全性和稳定性问题,本文重点讨论了直升机的动力学建模与大风、大雾等恶劣环境下的直升机着陆技术。在动力学建模过程中,为了提高动力学模型的精确度,本文在现有的模型基础上建立了一套完整的坐标系统,详细分析了旋翼的建模过程,利用动量-叶素法推导出了旋翼升力表达式,并且借助理想扭转型桨叶完成了对模型的验证。在直升机的着陆引导建模过程中,通过预设高度、俯仰角变化曲线,借助PID控制技术,得到直升机驾驶杆的操纵量,指引驾驶员正确的操作过程。论文的主要内容包括:1.建立直升机各个部件的数学模型。本文采用分体建模的思想,在各个部件坐标系下分析各个部件的力和力矩,最终通过转换矩阵转换到机体坐标系下。在旋翼的建模过程中,通过分析比较最终利用动量-叶素法推导出旋翼的升力表达式。然后简单分析了直升机的尾桨和机身模型;2.建立直升机的运动方程。将各个部件产生的力和力矩转换到机体坐标系后,依据牛顿第二定律构建直升机的运动方程。根据建模精度要求选择四阶龙格库塔法对整机模型进行求解,得到直升机的飞行姿态数据,为接下来的视景仿真作铺垫;3.直升机着陆引导建模。借助PID技术,预设直升机的高度、俯仰角变化曲线,得到直升机的操纵量,协助驾驶员进行正确着陆;4.直升机视景仿真软件设计。对直升机视景仿真系统进行了详细规划,借助Multi Gen Creator和Speed Tree软件建立视景模型,并且模拟了沙尘与大雾视景。通过比较分析,选择Delta3D作为视景仿真引擎,最终搭建了直升机的视景仿真平台;5.通过直升机飞行模拟器平台,成功的进行了直升机的着陆、水平飞行、滚转动作等诸多实验,通过对实验结果与仿真结果进行分析,借助于直升机视景系统全面展示的直升机的位置姿态,验证了模型的精确程度并且对缺点不足及时改进。
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