单旋翼双推进自转旋翼机的控制与实现

摘要

传统自转旋翼机因其结构简单、安全性能好、操纵简便等优势，近年来受到了航空界的关注，也因此被广泛地应用在了军、民用领域。但是由于自转旋翼机结构和动力上的特点，其机动性较差、巡航速度低，使之应用受到了极大限制。因此本文在研究了传统自转旋翼机和矢量推力技术的基础上，设计了一种单旋翼双矢量推进自转旋翼机，并分别从对该机型的数学模型、飞行控制以及飞行系统实现等方面开展了详细研究。 首先，基于合理的假设条件，通过设计与分析了该机型的结构特点，在分析机体所受力与力矩平衡关系的基础上，分别对机体的自转旋翼、矢量推力、机身等部分进行建模，并建立了该型自转旋翼机的非线性简化数学模型，利用吹风试验数据，采取数据拟合方法推导出了主旋翼、机身等的相关拟合曲线。分别在所建立的数学模型基础上进行了纵横向静稳定性分析和纵横向操纵响应特性分析。 其次，对该型自转旋翼机的操纵特性进行分析，并设计了其控制策略。以原理样机实现为基础，利用经典控制理论对该机型的姿态控制回路、航向角控制回路、发动机转速控制回路以及旋翼转速控制回路分别进行设计，并以此为基础，设计了飞行速度控制外回路和高度控制外回路，通过仿真验证了所设计控制律的有效性与正确性。 最后，从该原理样机实现的角度，将整个原理样机系统分为机载飞行控制系统和地面测控系统两个部分，并分别描述了其两个组成部分的硬件结构和软件实现。进行了针对该机型飞控系统的特性分析全数字仿真试验与全飞行半物理仿真试验，仿真结果验证了本文所设计原理样机的短距离起飞、快速巡航、快速爬坡等特性，以及所设计控制策略的有效性和正确性。

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