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1、第27卷第4期航空学报Vol27No42006年7月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJuly2006文章编号:10006893(2006)04058404倾转旋翼飞机建模与仿真11121杨喜立,朱纪洪,黄兴李,胡春华,孙增圻(1.清华大学计算机系智能技术与系统国家重点试验室,北京100084)(2.清华大学航天航空学院,北京100084)ModelingandSimulationforTiltrotorAirplaneYANGXili,ZHUJihong,HUANGX
2、ingli,HUChunhua,SUNZengqi(1.StateKeyLaboratoryofIntelligentTechnologyandSystems,DepartmentofComputerScienceandTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)(2.AerospaceandAeronauticsSchool,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)摘要:倾转旋翼飞机的旋翼既要充当直升机飞行模态的旋翼,又要充当固定翼飞行模
3、态的螺旋桨。为了研究倾转旋翼飞机的控制问题,建立了倾转旋翼飞机的数学模型。其中旋翼模型采用改进了的叶元法,旋翼诱导速度计算采用改进了的动量法。在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真,并给出了仿真结果。仿真结果表明模型可反映倾转旋翼飞机的基本特性,可对飞行控制系统设计提供帮助。关键词:倾转旋翼;叶元法;动量法;万向节旋翼中图分类号:V212.4文献标识码:AAbstract:Therotoroftiltrotoraircraftactsascommonrotorinhelicoptermodeaswellaspropellerin
4、fixedwingairplanemode.Inordertoresearchtheflightcontrolmethodfortiltrotorairplane,amathematicsmodelisdevelopedinthispaper.Inthemodel,themodifiedbladeelementanalysistheoryisusedtomodeltherotor,andthemodifiedmomentumtheoryisusedtocalculatetheinducedvelocity.Thesimulationisper
5、formedwithMatlab/Simulinkandtheresultshowsthatthemodelcontainsthebasicpropertiesoftiltrotor.Keywords:tiltrotor;bladeelementanalysistheory;momentumtheory;gimballedrotor倾转旋翼飞机是介于直升机和固定翼飞机之间的新型飞机。随着机翼两端短舱和旋翼系统的倾转,它既可以像直升机一样垂直起降,又可以像固定翼飞机一样飞行。在中国,对倾转旋翼飞机的研究刚刚开始起步,还鲜见关于倾转旋翼飞机的专
6、业文献。本文图1机翼受下洗流影响的分布Fig1Airfoilinfluencedbyslipstream给出倾转旋翼飞机的数学模型。仿真结果表明,模型反映倾转旋翼飞机的基本特性。然后可得不受下洗流影响的机翼面积SWfs.1机体、机翼及平尾空气动力设机翼空气动力中心W在机体坐标系中的倾转旋翼机机体和平尾的空气动力计算和普通位置为W=-lWi-hWk,可求出自由流作用下的固定翼飞机相似,本文不做介绍,详情见文献[1]。机翼空气动力中心速度为倾转旋翼飞机的机翼受旋翼下洗流影响较VWfs=(u-qhW)i+(w+qlW)k大,且和短舱角n的大
7、小有关。图1表示机翼受进而可求出自由流下的攻角和动压头。下洗流影响的分布。下洗流作用下的机翼空气动力中心速度为[1]可根据如下经验公式估计受旋翼下洗流影响VWss=(u-qhW+vicosn)i+(w+qlW-visinn)k的机翼面积,其中a,b为经验系数;R为旋翼半径;c进而可求出下洗流作用下的攻角和动压头。为机翼平均气动弦长;u为机体坐标系x轴速度。计算两部分机翼面积产生的空气动力和力矩umax-uSWss=2Rc[sin(an)+cos(bn)]并相加,可得总的机翼气动力和力矩。umax2旋翼空气动力收稿日期:20050223;修
8、订日期:20060213基金项目:国防科技重点实验室基金、清华大学基础研究基金(JC2003029)资助项目倾转旋翼飞机的2副旋翼分别位于机体两
