多直升机协调吊挂系统飞行力学建模与特性分析

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1、2013年10月第39卷第lo期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsOctober2013V01．39No．10多直升机协调吊挂系统飞行力学建模与特性分析宋彦国王焕瑾(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要：对多直升机协调吊挂系统中每一架直升机与外吊挂载荷分别建立他们的飞行动力学模型，将弹性吊索视为弹簧阻尼系统，建立弹性昂索数学模型；然后通过弹性吊索动力学将多直升机与吊挂载荷的运动耦合到一起，建立了通用的多直升机协调吊挂系统仿真模型

2、；最后，针对单、四直升机协调吊挂系统建立了仿真验证模型，对直升机协调吊挂系统的稳定性、配平特性进行了分析．仿真结果表明外挂载荷对直升机的稳定性和配平特性产生了较大影响，通过分析证明了仿真结果的合理性，同时证明本文提出的多直升机协调吊挂系统飞行动力学建模方法的可行性．关键词：直升机；飞行力学；稳定性；仿真；吊挂载荷中图分类号：V212．4文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)10—1279-07Modelingandanalysisofmulti—helicoptercoordinatesystemwithslungloa

3、dSongYanguoWangHuanjin(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Agenericsimulationmodelofmulti—helicoptercooperatedsystemwithslungloadbyusinge—lasticcablehasbeendevelopedforresearchoncontrolandavionicinstrum

4、entation．Flightdynamicmodelsofeachhelicopterandpayloadweredevelopedrespectively．Elasticcablesweretreatedasspring／dampingsys—tems，andthedynamicsofeachhelicopterandslungloadswastightlycoupledbyelasticcables’dynamics．Simulationmodelofhelicoptersystemwithslungloadwasbuilt，‘a

5、ndanalysisofstabilityandtrimwereconduc-ted．Theresultsindicatethatslungloadobviouslyaffectseachhelicopter’sdynamicspropertiesbasedonquali-tativeanalysis，andthemodelingmethodisvalidatedandfeasibleformulti—helicoptersystemwithslungload．Keywords：helicopters；flightdynamics；st

6、ability，simulation；slungload20世纪70年代美国军方提出多直升机吊挂系统，由两架或两架以上的直升机共同承担外挂载荷，包括使用分离杆的多直升机吊挂系统，能大大提高重型物资垂直、快速、远程运输能力¨1，但是其飞行安全和飞行员的工作负荷问题，严重影响了多直升机协调吊挂系统的实现．随着现代传感器和控制技术的发展，显著提高了直升机系统的状态感知和精确的航迹控制能力，为多直升机协调吊挂系统的实现铺平了道路‘2。。．与发展新型和更大有效载荷的重型直升机相比，多直升机吊挂系统具有明显的经济优势和技术可行性．文献[1—3]进行

7、了直升机外吊挂情况下的飞行动力学特性研究，结果表明，当直升机协调吊挂重型载荷时，传统的反馈控制系统无法满足直升机稳定裕度和飞行品质要求．德国航空航天中心DLR提出了采用载荷状态指示器为飞行员提供辅助以降低载荷的振荡M1，随后提出旋翼状态反馈进行载荷的位置控制和阻尼控制”“o，并证明了方法的有效性．文献[7]采用线性模型，分析了多直升机协调吊挂系统的悬停飞行动力学与控制收稿日期：2013-01-05；网络出版时间：2013-06—1909：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．201306

8、19．0916．003．html基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：宋彦国(1973-)，男，辽宁辽阳人，副教授，songyg@nnaa．edu．en．1280北京航空航天大学学报2013年