倾转旋翼飞行器过渡段仿真研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要倾转旋翼飞行器既有直升机的悬停和垂直起降性能，又有定翼机的大包线和高速巡航飞行能力，对直升机模式和定翼机模式之间的转换过程的研究具有现实意义。本文主要分为两大部分，第一部分以XV-15为原型对倾转旋翼飞行器进行动力学模型分析，工作模式分析以及过渡走廊仿真分析；第二部分是以第一部分的研究作为研究方法基础，对倾转旋翼航模进行理论建模研究，利用MATLAB搭建了仿真模型。本文首先根据倾转旋翼机的空气动力学和飞行力学特点，以XV-15为原型，对倾转旋翼飞行器进行动力学模型分析。采用分体法，分别对XV-15的旋翼、机翼、平尾、垂尾和机

2、身进行模型分析，在动力学模型中加入考虑旋翼尾流对机翼、平尾以及垂尾的气动干扰，利用MATLAB仿真软件搭建了XV-15的simulink仿真模型，并对XV-15仿真模型进行仿真分析，利用MATLAB的trim指令对XV-15仿真模型进行配平操作，在配平点附近利用linmod指令对XV-15非线性模型线性化。在对XV-15进行必要的配平操作后，对倾转旋翼飞行器的两种工作模式：直升机模式和定翼机模式进行稳定导数和控制导数分析、特征根分析、频域响应分析以及时域响应分析。结合XV-15仿真配平结果对XV-15操纵特性进行了定性分析，并通过仿真实验给出了何时退出旋翼

3、操纵量的建议。利用配平姿态角的取值范围，确定了XV-15的过渡走廊。在过渡走廊内确定了一条过渡路线，以此路线为过渡路径时XV-15的配平姿态角最小。在以XV-15为原型对倾转旋翼飞行器进行模型分析及仿真研究后，以此研究思路为基础，对倾转旋翼航模进行理论建模，并利用MATLAB仿真软件搭建了倾转旋翼飞行器的仿真模型，通过仿真模型的运行验证了所建模型的可行性。最后对倾转旋翼航模的进一步仿真研究方向和研究方法给出了具有可行性的建议。关键词：XV-15倾转旋翼机，工作模式分析，操纵特性分析，过渡走廊，倾转旋翼航模i倾转旋翼飞行器过渡段仿真研究AbstractTil

4、trotoraircraftarehybridaircraftthatattempttocombinethehoverandverticaltake-offandlandingcapabilityofahelicopterwiththespeedandrangeofafix-wingairplane.Itismeaningfultostudytheconversionprocessofhelicoptermodeandairplanemode.Thisthesiscontainstwoparts:thefirst,asaprototypeoftiltrot

5、oraircraft,thedynamicmodelofXV-15wasanalyzed.Thenitsflightmodeswereanalyzed,andalsoconversioncorridorwasanalyzed;thesecond,basedontheresearchmethodoffirstpart,modeltiltrotoraircraftwastheorymodeled,andbyuseofMATLAB,itssimulationmodelwasbuilt.BasedonthecomplexaerodynamicofXV-15tilt

6、rotoraircraft,themathematicalmodelofthetiltrotorwasestablishedwiththeconsiderationoftheinfluenceoftherotorwakeontheairframeaerodynamics,suchaswing,horizontaltailandverticaltail.ThensimulationmodelwasbuiltinMATLAB,andwasanalyzedbytrimoperation.Thelinearmodelwasthenmadenearbyequilib

7、riumpointbylinmodoperation.Aftertrimmed,thetwoflightmodeswereanalyzed:helicoptermodeandairplanemode.Theywereanalyzedinfourways:thestabilityandcontrolderivativesthemselves,therootsoftheplant(A)matrix,frequencyresponseorBodeplotsandtimeresponsetovariousinputs.Basedontheresultsofsimu

8、lation,operatingcharacteristicsof