一种低速复合升力飞行器飞行动力学建模与分析.pdf

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1、一种低速复合升力飞行器飞行动力学建模与分析刘凯，高正红，黄晶(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)FlightDynamicModelingandAnalysisforaLow——speedMultimodeAircraftLIUKai，GAOZhen—ghong，HUANGJing(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：针对一种由升力风扇和倾转螺旋桨组成0引言的复合升力飞行器构型特点，建立其飞行动力学模型并进行分析研究。应用动量理论

2、分析了升力风扇复合升力飞行器是一种新概念飞行器，同时拥的气动力。建立了飞行器纵向动力学模型。针对飞有旋翼和固定翼2套升力系统，兼顾直升机垂直起行器飞行模式转换阶段特存的操纵冗余问题，提出降和固定翼高速巡航的优点。经过多年的探索与实了合理的配平策略，完成平衡计算。在平衡状态点践，形成了复合升力飞行器发展的3条主要思路，即线化模型，并对不同飞行模式下典型飞行状态纵向复合式高速直升机、倾转旋翼与旋转机翼飞行动稳定性进行分析。结果表明，系统所建立的模型器一。能够反映该类符合升力飞行器各飞行模式的典型特在此，通过某实验室研制的低速复合升力飞行征。器原理试验机，分析其

3、气动特性，以纵向为例探究复关键词：复合升力飞行器；升力风扇；倾转螺旋合升力飞行器飞行动力学数学模型建立方法，并完桨；平衡特性计算成飞行器在全飞行过程中定直平飞时的平衡计算与中图分类号：V221．8纵向稳特性分析。对该类复合升力飞行器飞行动力文献标识码：A学建模与特性分析具有一定参考意义。文章编号：1001—2257(2014)06—0026—041复合升力飞行器飞行特性定性分析Abstract：Consideringthecharacteristicofamultimodeaircraftwhichconsistsofaductedfan对于复合升力飞行器

4、的验证机，在旋翼模式飞andtwotiltpropellers，theflightdynamicmodel行时，升力风扇和机身后部倾转螺旋桨共同实现飞wasdevelopedandanalyzed．Themomentumtheo—机的垂直起降和小速度前飞，此时其动力学特性为rywasusedtobuildtheflightdynamicmodelfor旋翼模式特性；在过渡模式飞行时，尾部倾转螺旋桨theductedfan．Consideringtheredundantprob—拉力线由垂直机身向上逐渐向平行于机身方向偏lemsinmanipulatingt

5、hemultimodeaircraft，area—转，期间倾转螺旋桨不仅平衡部分重力，还要提供飞sonablemanipulationstrategywascalculated．The机前飞动力。linearmodelswereobtainedandthelongitudedy—与此同时升力风扇转速逐渐减小，此时飞行器namicalstabilityfortypicalflightstateswereana—兼有旋翼和固定翼模式特性；当机翼产生的升力足lyzedindifferentflightmodels．Theresultsshow以平衡飞机重力时，倾

6、转螺旋桨倾转到与机身轴线thatthemodelcontainsthetypicalcharacteristicof平行位置，升力风扇停转并关闭上下导流板，飞机以themultimodeaircraft．常规固定翼模式巡航飞行，此时飞机呈现固定翼飞机特性。Keywords：multimodeaircraft；ductedfan；tiltpropeller；trimcalculation试验机主要气动部件几何参数值如表1所示。表中A为展弦比；为稍跟比；C为平均气动弦长；A为前缘后掠角；C，为根弦长；C为稍弦长；b为展长；收稿日期：2014—03—10S为翼面

7、积。·26·《机械与电子》2O14(6)表1主要气动部件几何参数一*sin(+√in(一警)(4)名称机翼平尾垂尾A1．2“为气流垂直于升力风扇方向初始速度；F一兀O．564(R一r)为升力风扇螺旋桨叶片扫掠面积；r为桨c(m)0．22毂半径；Tm为所穿过螺旋桨拉力。通过式(4)2次A(。)24．78计算，可得通过升力风扇的垂直气流速度。进而求C(m)0．275得升力风扇的动量阻力。Ct(m)O．1552．2倾转螺旋桨气动力及力矩b(m)0．52S(m)0．0559螺旋桨的气动力是通过桨毂传递给机体，将倾转螺旋桨产生的气动力简化为作用在桨毂上的力矢2复合升

8、力飞行器飞行动力学建模量，其在机体坐标系中的力和力矩分量为：fF：