摘要：使用分析以及统计的方法,针对单旋翼带尾桨构型直升机提出了一种直升机总体概念设计的方法。首先根据直升机的主要设计要求,确定直升机总质量、发动机需用功率、旋翼半径、桨叶实度、废阻面积以及桨尖速度等总体参数。然后通过对直升机气动布局参数的统计与归纳,初步确定直升机的气动布局参数,利用这些参数对直升机总质量重新估算,经反复迭代后得到一组可以进行飞行性能以及操稳性计算的概念设计参数。

摘要：针对倾转旋翼机转换机动中变动力学特性导致的复杂控制问题,提出基于增益调度(GS)的线性二次最优控制与光滑切换控制结合的综合体系结构,用以实现转换机动过程中的全局最优控制。该控制综合方法,在保证性能指标要求最小的同时,对操纵机构的负荷较低。首先,建立了倾转旋翼机高置信度飞行动力学模型,并应用混合操纵克服操纵冗余问题。其次,设计了基于增益调度的线性二次最优多环控制器,并采用光滑切换控制策略综合2套控制器,实现动态倾转过程的姿态平滑过渡。最后,进行以倾转走廊中间路径为期望轨迹的全模式自主飞行仿真。仿真结果表明:控制系统在转换机动过程中体现出强鲁棒性和较优的系统性能。

摘要：为了提高直升机的飞行速度,出现了用涵道风扇矢量推力系统取代常规的尾桨和尾翼的复合式高速直升机。然而,涵道风扇矢量推进系统各部件间相互作用很复杂,从理论上确定涵道风扇矢量推进系统的气动特性尚有相当难度,为了研究涵道风扇矢量推进系统气动特性,利用涵道风扇矢量推进系统试验模型,通过试验实测该系统在轴流状态的气动力及舵面偏角和设计参数对系统气动力的影响,得到了一些涵道风扇矢量推进系统所特有的气动现象,其结果可作为理论建模的依据。

摘要：为准确描述直升机的机动飞行动态响应过程,本研究将发动机气动热力学模型与直升机飞行动力学模型相结合,建立了一种能够反映旋翼转速波动影响的直升机/发动机耦合模型。首先,建立旋翼的飞行动力学模型和发动机的部件级气动热力学模型,然后根据功率匹配关系建立旋翼/发动机耦合模型,最终形成了包含发动机动态特性的直升机/发动机耦合模型。使用UH-60A飞行试验数据验证直升机模型的配平与动态响应结果,表明本研究建立的直升机模型能够准确描述旋翼转速变化与偏航方向力矩变化。最后,对直升机垂直跃升(bob-up)机动飞行进行仿真计算。结果表明,在垂直跃升机动过程中,直升机飞行状态迅速变化,发动机负载快速变化造成旋翼转速突变,并在偏航方向引起偏航角速度反向变化,对垂直跃升机动造成不利影响。本研究对深入认识直升机与发动机之间的耦合关系,改进直升机发动机耦合控制律设计,提高直升机机动性能具有重要的参考价值。

摘要：利用共轴刚性旋翼直升机飞行动力学模型,以XH-59A共轴刚性旋翼直升机为研究对象,分析了旋翼控制相位角对纵向配平特性、需用功率以及上、下旋翼桨毂弯矩的影响。基于分析结果,提出了一种针对共轴刚性旋翼直升机的旋翼控制相位角的配置方法。该配置方法以降低直升机需用功率为目标,并保证上、下旋翼桨毂弯矩和配平特性满足要求。通过该方法能使XH-59A直升机在0~80 m/s的飞行速度范围内满足上、下旋翼最大桨毂弯矩和纵向操纵限幅的要求,并且能最多降低8%的直升机需用功率,为共轴刚性旋翼直升机的设计提供了参考依据。

摘要：分析了发动机动态特性对直升机在悬停和低速前飞状态下飞行品质的影响。基于发动机与直升机之间的功率匹配关系,建立直升机/发动机耦合模型。使用ADS-33E-PRF飞行品质规范中的扭矩响应、高度响应与总距偏航耦合特性指标,定量评估发动机动态特性的影响。结果表明:发动机输出滞后导致直升机扭矩与总距偏航耦合操纵品质下降,同时会对直升机高度响应产生负面影响。随着前飞速度增加,发动机对扭矩响应特性与总距偏航耦合效应的影响进一步加剧,但对高度响应的不利影响得到缓解。该研究可以为直升机/发动机耦合控制律设计提供参考依据。

摘要：总结和分析了旋翼、机翼、机身、短舱和尾翼气动力模型和操纵机构特点,其中旋翼气动力模型以准定常叶素理论为基础,机翼和尾翼气动力模型以升力线理论为基础,并分析了旋翼尾流对机翼气动力气动干扰问题;建立了全量非线性倾转旋翼机飞行力学模型;以XV-15为样机,对倾转旋翼机在不同飞行模式和飞行速度下飞行力学特性展开了详细研究,得到的结论有助于深入了解倾转旋翼机飞行力学特性,也可用于倾转旋翼机飞行控制系统设计.

摘要：发展了一种集成旋翼状态反馈(Rotor-State Feedback,RSF)控制的飞行控制系统,以提升直升机在大气紊流环境中低速飞行时的飞行品质。基于经典显模型跟踪控制系统,对机体和旋翼状态反馈增益进行协同设计,以综合优化旋翼/机体耦合动稳定性和直升机在飞行品质相关频率范围(1~12rad/s)内的紊流缓和能力。同时,设计了一个旋翼前馈控制以增强直升机的操纵响应特性。对直升机飞行品质的线性分析表明:RSF控制的引入能够在实现旋翼/机体耦合动稳定性控制的同时使滚转和俯仰通道的指令跟踪延迟时间分别降低21.87%和25.82%,扰动抑制带宽分别提升243.22%和72.56%。最后以飞行试验验证的高阶非线性飞行动力学模型进行数值模拟验证控制系统。结果表明:RSF控制的引入使直升机滚转、俯仰角速率对紊流响应的标准差分别降低55.68%和26.81%。集成RSF的控制系统能够提升直升机在紊流中的飞行品质。

摘要：为研究横向周期变距差动和旋翼控制相位角2种旋翼冗余操纵策略对共轴刚性旋翼高速直升机飞行动力学特性的影响,利用经过验证的XH-59直升机飞行动力学模型,在直升机和复合推进2种飞行模式下,分析了横向周期变距差动和旋翼控制相位角对共轴刚性旋翼高速直升机配平特性;上、下旋翼桨毂最大弯矩以及需用功率的影响。结果表明:随着前飞速度的增加,提高横向周期变距差动和降低旋翼控制相位角会减小直升机模式下的低头姿态,降低直升机和复合推进模式下的配平总距和需用功率。降低横向周期变距差动和提高旋翼控制相位角有利于降低2种模式下的最大桨毂弯矩。随着前飞速度增加,相比于调节横向周期变距差动,改变旋翼控制相位角会明显增加2种模式下配平纵向周期变距,甚至使其超过限幅。同时,采用横向周期变距差动对调节直升机需用功率和桨毂处弯矩的效果更为明显。

摘要：针对倾转旋翼飞行器直升机模式下的操纵性和稳定性进行了研究分析,为后续控制系统的设计提供一定的理论依据。在考虑旋翼-机翼干扰的情况下建立了倾转四旋翼飞行器飞行动力学模型并结合试验数据进行验证。提出了一种适用于直升机模式下的操纵策略并对飞行器进行了配平计算。以该操纵策略为基础,计算了相应的操纵功效和操纵耦合,并分析了主要稳定性导数和特征根的变化。结果表明:航向操纵功效相较于其他通道较小;垂向输入引起的纵向力和俯仰力矩的大小随速度的增加不断增大;横向输入下引起的偏航力矩随速度增大而增大;速度稳定性随速度的增加而变得不稳定;除螺旋模态外,其他模态随速度的增加稳定性增强。