直升机的飞行品质分析

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1、直升机的飞行品质分析欧洪运朝阳市第一高级中学摘要：以CH-53直升机为研宄对象，对样例直升机进行配平、稳定性验证，计算结果与参考数据吻合较好，证明模型可用。对MTLF-83300进行飞行品质分析，在算例范围内，俯仰特性的飞行品质一般，然而滚转特性的飞行品质很好。在速度范围都力1级，周期模态的稳定性随着速度的增大而增强。关键词：直升机;配平;稳定性;模型;飞行品质;0引言1970年，美国军方颁发军用直升机飞行品质新规范“有人驾驶垂直/短距起落飞机品质规范(MIL-F-83300)”。1990年，我国参

2、考它颁布了第一部直升机规范U1,1975年美国陆军开始与美国航空航天局合作发展驾驶品质设计准则和数据库。1982年开始制定新标准，并于1985年12月起草完成新标准“军用旋翼飞行器驾驶品质要求(ADS-33)”。随后又对ADS-33进行丫4次修订和补充，2000年3月，美国正式发布了飞行品质规范ADS-33E-PRF,2001,我国参考它颁布了第二部军用直升机规范m，关于直升机飞行品质的研宄，公开的文献比较少，20世纪90年代，忻志明对“黑鹰”直升机进行了飞行品质分析U1，最近几年，陈坤等U1对短距

3、起飞垂直降落(ST0VL)飞行器飞行品质进行了研究，吕少杰等分析丫气动布局参数对“黑鹰”直升机飞行品质的影响m，朱笑宇棊于ADS_33对直升机_吊挂悬停飞行品质和重型直升机一吊挂耦合系统闭环飞行品质进行了分析［6-7］，无人机热也促使各国学者开始研宄无人机的飞行品质规范，陈南宇对无人直升机的飞行品质进行了探讨M。1直升机动力学模型本文使用的模型来自文献m，针对的是CH-53直升机，对于该机型采用部件建模思想，分为机身、旋翼、尾桨三个部件。直升机动力学模型为9阶，驾驶员通过4个控制输入操纵直升机，可表

4、达为式(1)。x-j{xx=(u，v，w，p，q，r,中，dDru=(0⑽，Ais，Bs，f)ot)i式中，u，v，w，p，q，r分别为体轴系下直升机重心速度在体坐标各轴下的投影和直升机角速度的投影；O，（1，分别为直升机滚转角、俯仰角、偏航角，（）。,„，Als,Bls,0。、分别为直升机总距、横向周期变距、纵向周期变距、尾桨桨距。文献M提供各部件相关计算所需要的风洞数据，文献中的数据和木文计算结果进行对比。2直升机配平定直平飞的配平计算是直升机飞行动力学研宄的第一任务，它是飞行品质分析的基础，

5、图1给出了本文模型定直平飞计算结果与试飞数据对比分析图。AAo■II■■A邐:20406080横向周期变距A1S配平曲线CZ)r—11-5V(knots)滚转角中配平曲线V(knots)图1配平曲线下载原图3模态求解3.1建立模型直升机的运动方程可以表示为*觯4*+811，其中，x为直升机的各状态变量，u为操纵量，A为状态矩阵，B为控制矩阵。木文求解直升机的微分运动方程对各状态变量的导数来得到A和B矩阵，即在平衡点处的Jacobian矩阵。3.2模态计算求解定直平飞速度为0节，20节，40节，60节

6、，80节的状态矩阵，从而可以求出它的一些特征根（表1）。3.3飞行品质分析MTL-F-83300将直升机飞行阶段分为A种、B种和C种。分别对砬的指标为:要求急剧的机动动作、精确控制飞行轨迹或精确跟踪，如空战、对地攻击、侦查等；尽管可能要求精确的控制飞行轨迹，但是可通过缓慢的机动动作并无需精确跟踪就可以正常完成，如爬升、巡航、悬停等;一般均采用缓慢的机动动作完成，并常要求精确控制飞行轨迹，如垂直起飞/着陆、滑跑起飞/着陆等。其中，A种和B种对成非场域飞行阶段，C种对成场域飞行阶段。在此基础上，可以进一

7、步将飞行品质分为3个等级，等级1适合于能顺利完成使用任务的飞行阶段;等级2适合于虽然可以完成使用任务的飞行阶段，但驾驶员负担有所增加，或任务效果也有所降低，或两者兼有;等级3适合于能满足安全地操纵直升机，但是驾驶员负担过重，或任务效果不好，或两者兼有，它能安全地终止A种飞行阶段的飞行，并完成B种和C种飞行阶段的飞行。等级1优于或等于给定的等级1的边界或数值;而等级2劣于等级1，但又不劣于等级2的边界或数值；同理，等级3劣于等级2，但又不劣于等级3的边界或数值。等级1和等级2所给的边界或荠数值和同时，

8、超出上述边界的或劣于给定数值的飞行品质至多是等级3。-1.2722-2.030(-0.7557-0.89]00.0347±0.5880/0.1162±0.3814Z0.0251±0.60.1100土0.4-0.2984-0.32(-0.1991-0.29(-1.3978-1.750(-0.8263-0.314(200.1569±0.4939/0.1140±0.20.0923±0.3558Z-0.0540±0.(-0.2565±0.1189/一0.4922±0」40-1