直升机_吊挂物耦合系统的操稳特性分析及控制方法研究

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1、中图分类号：V212.13；V249.1论文编号：102870118-S180学科分类号：082501硕士学位论文直升机/吊挂物耦合系统的操稳特性分析及控制方法研究研究生姓名毕梦月学科、专业飞行器设计研究方向直升机飞行力学与控制指导教师吴伟副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofFlightVehicleDesignResearchoncontrollability/stabilityanalysisandcontrol

2、methodforhelicopter-slungloadcouplingsystemAThesisinFlightVehicleDesignbyBiMengYueAdvisedbyProf.WuWeiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他

3、教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要吊挂飞行是直升机特有的飞行能力之一。采用直升机吊挂飞行方式，可以将远超过直升机机舱容积的各种货物、装备运送到任何地点。因此，直升机吊挂飞行在军用和民用领域中得到了广泛的运用。与非吊挂飞行相比，直升机吊挂飞行增加了吊挂运动自由度，吊挂物的运动引起了直升机重心处力和力矩的变化，而且，吊挂物和直升机之间还存在着运动耦合和动力学耦合，

4、因此，在吊挂飞行中，直升机原有稳定性和操纵性均发生显著变化。本文针对直升机/吊挂耦合系统的操稳特性分析和控制方法问题进行了相关研究。首先基于CFD方法对CONEX吊挂物进行气动建模，得到吊挂物气动特性。其次，基于已有基础搭建了直升机飞行动力学模型，重点对吊挂物系统进行建模，得到吊挂物系统的动力学方程，进而根据直升机与吊挂物的耦合关系对孤立的直升机飞行动力学模型和吊挂物模型进行修正，最终得到了直升机/吊挂物耦合系统飞行动力学模型。在此基础上，建立了直升机/吊挂物耦合系统的配平和线化方法，进而基于ADS-33E-PRF进行了该耦合系统的操稳特性分析。最后，基于PID控制方法设计了

5、一套能够改善直升机/吊挂物耦合系统操稳特性的飞行控制律并进行了仿真验证。结果表明，本文提出的方法能有效解决直升机/吊挂物耦合系统的操稳特性分析问题，建立的控制律设计方法能够充分考虑吊挂物运动对直升机稳定性的影响，适用于吊挂飞行的飞控系统设计。关键词：直升机，吊挂物，稳定性，操纵性，飞行控制I直升机/吊挂物耦合系统的操稳特性分析及控制方法研究II南京航空航天大学硕士学位论文AbstractFlyingwithSlung-loadisaspecialcapabilityofhelicopters.Itispossibletotransportanycargo,equipmentt

6、hatmuchlargerthanhelicoptercabinsizetoanywherebyusingslung-loadflightfunction.Therefore,slung-loadflighthasalreadybeenwidelyusedbothincivilandmilitarydomain.Comparedwithnormalflightwithoutslungload,helicopterslung-loadflightintroducestheslung-loaddegreesoffreedom.Themovementofslung-loadchan

7、gestheforcesandmomentsofhelicoptersatthecenterofgravity.Moreover,thereexistskinematicanddynamiccouplingbetweenhelicoptersandslungload.Therefore,thecontrollabilityandstabilityofahelicopterarechangedduringslung-loadflight.Thisdissertationdoesresearchonthec