直升机低速回避区计算分析

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1、第46卷第2期2014年4月空航University天大学ofAeronautics学报&AstronauticsV01．46No。2Apr．2014直升机低速回避区计算分析孟万里(直升机旋翼动力学国家级重点实验室陈仁良，南京航空航天大学，南京，210016)摘要：在可实现安全自转着陆的条件下，基于最小化回避区面积的思想分析预测了直升机低速高度——速度曲线。将直升机自转着陆表示成非线性最优控制问题，其状态方程使用发动机失效后增广的纵向三维刚体飞行动力学模型。采用直接转换和非线性规划的方法求解非线性最优控制问题。以UH一60

2、直升机为例，计算了考虑lS操纵延迟的单发失效的低速高度一速度曲线，并给出了高悬停点、拐点和低悬停点的最优自转着陆过程，发现这些最优着陆过程与驾驶员的实际操纵程序一致。关键词：直升机；回避区；自转着陆；最优控制；三维刚体模型；发动机失效中图分类号：V212．4文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)02—0204—08PredictionforHelicopterLow。-SpeedHeight_-VelocityDiagramMengWanli，ChenRenliang(NationalKeyLaborato

3、ryofRotoreraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thelow—speedheight—velocity(HV)diagramofahelicopterisanalyticallypredictedbasedontheideaofminimizingtheunsaferegionoftheHVdiagramundertheconditionofrealisticaut

4、orotationlanding．Theautorotationlandingofthehelicopterisformulatedasanonlinearoptimalcontrolproblem．Thestateequationsaredescribedbyanaugmentedlongitudinalthree——dimensionalrigid．．bodyflightdy——namiemodel．Thenonlinearoptimalcontrolproblemissolvedhyusingdirecttransc

5、riptionandnonlin—earprogramming．ForUH一60helicopter。theanalyticalmethodologyisusedtodevelopareasonablees—timationoftheone—engine—inoperative(OEI)low—speedHVdiagramwith1Spilotdelay．TheOEIauto—rotationlandingproceduresfromthehighhoverpoint，kneepointandlowhoverpointar

6、epresented．Theresultsshowthattheautorotationlandingscanbemadebyusingnormalpilotprocedures．Keywords：helicopters；height—velocity(HV)diagram；autorotationlanding；optimalcontrol；three—di—mensionalrigid—bodymodel；enginefailure直升机具有发动机失效后实现安全自转着陆的能力，其能否安全地自转着陆与外界环境条件、驾驶员

7、飞行技术和发动机失效时直升机的飞行状态有关。回避区定义了由外界环境条件和直升机的飞行状态组成的不安全区域，在这个不安全区域内飞行时如果出现发动机失效，即使具有相当飞行技术的驾驶员也不能操纵直升机安全地自转着陆。对于给定的外界环境条件和直升机重量，回避区一般由发动机失效时直升机的高度和速度的组合来描述，因此回避区的边界也称为高度一速度(Height—velocity，HV)曲线。图1给出了直升机典型的HV曲线。HV曲线的确定对直升机的飞行安全而言非常重要。飞行试验是确定HV曲线的最终手段，但其风险较高，且耗时、耗资。为了降低

8、飞行试验的成本和风险，一种基于数值优化的分析方法被提出来预测直升机的HV曲线。收稿日期：2012-09—07；修订日期：2013—10—1t通信作者：陈仁良，男，教授，博士生导师，Email：crlae@nuaa．edu．cn。航增京№甜南dm如第2期孟万里，等：直升机低速回避区计算分析205低悬停点飞