雙旋翼直升飛機原理概要課件.ppt

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1、共軸雙旋翼直升機懸停方向控制制作人：張映民.毛輝.劉濤.瞿麗華.王鈿.肖力.沈丹2013年11月23日目錄建模單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容分析性能單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容校正與設(shè)計單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容驗證與仿真單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容單擊此處添加文字內(nèi)容：懸停直升機共軸雙旋翼直升機的基本概念雙雄翼共軸式直升機藥基本特征是：兩副完全相同的旋翼，一上一下安裝在同一根旋翼軸上，兩旋翼間有一

2、定間距。兩副旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，它們的反扭矩可以互相抵消。這樣，就用不著再裝尾槳了。直升機的航向操縱靠上下兩旋翼總距的差動變化來完成。雙旋翼共軸式直升機主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。這種直升機因無尾槳，所以也就不露要裝長長的尾梁，機身長度也可以大大縮短。有兩副旋翼產(chǎn)生升力，每副旋翼的直徑也可以縮短。機體部件可以緊湊地安排在直升機重心處，所以飛行穩(wěn)定性好，也便于操縱。與單旋翼帶尾槳直升機相比，其操縱效率明顯有所提高。此外。共軸式直升機氣動力對稱，其懸停效率也比較高。研制共軸式直升機取得最大成功的是俄羅斯的

3、卡莫夫設(shè)計局，該設(shè)計局研制出了龐大的“卡”系列直升機，它們基本上都是雙旋翼共軸式布局。除大量民用直升機外，如卡-26、卡-226等，軍用直升機也有不凡表現(xiàn)，卡-25曾是前蘇聯(lián)艦載反潛直升機食主力，新研制的戰(zhàn)斗直升機卡-50、卡-52則更令人矚目。北京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計與應(yīng)用力學(xué)系的輕型飛機室研制的“蜜蜂－16”輕型單座直升機也采用了共軸雙旋翼形式。雙旋翼共軸式直升機的主要缺點是操縱機構(gòu)復(fù)雜。建模建模（Modeling）的目的就是要建立概念關(guān)系、數(shù)學(xué)和/或計算機模型的過程；建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提

4、，凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模，因此建立系統(tǒng)模型的過程、又稱模型化。從系統(tǒng)工程學(xué)角度來評價一個模型的好壞，要把握三條原則：（1）分析與設(shè)計實際系統(tǒng)；（2）預(yù)測或預(yù)報實際系統(tǒng)的某些狀態(tài)的未來發(fā)展趨勢；（3）對系統(tǒng)實行最優(yōu)控制。因此，要求在建模過程中，要對系統(tǒng)模型進行抽象簡化、并要在簡化和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性之間適當(dāng)?shù)恼壑?，以滿足前述三條基本原則。此折衷之意，就在于要保證模型的穩(wěn)定性、均衡性和完整性的前提下，去除非規(guī)劃階段的影響因素。1.直流電動機數(shù)學(xué)模型電樞控制直流電動機的工作實質(zhì)是將

5、輸入的電能轉(zhuǎn)化為機械能，也就是由輸入的電樞電壓在電樞回路中產(chǎn)生電樞電流再由電流與激磁磁通相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩從而拖動負載運動。因此，直流電動機的運動方程有以下三部分組成再進過一系列的計算后得出直流發(fā)動機數(shù)學(xué)建模的公式：被控對象的分析：共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制是角動量守恒定律的應(yīng)用。直升機在發(fā)動前，系統(tǒng)的總角動量為零。在發(fā)動后，旋翼在水平面內(nèi)高速轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)會出現(xiàn)一個豎直向上的角動量。由旋翼產(chǎn)生的升力豎直向上，方向通過大致與機身垂直的直立軸，飛機受重力也通過該軸，升力和重力對該軸均不產(chǎn)生力矩，故系統(tǒng)的角

6、動量守恒。雙旋翼直升機在直立軸上安裝了一對向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋翼，通過對兩旋翼旋轉(zhuǎn)角速度的控制，實現(xiàn)直升機懸停方向的改變。共軸雙旋翼直升機通過兩個旋翼的差動旋轉(zhuǎn)，進而將直升機懸停在預(yù)定位置，因此需要精確控制的變量是直升機的懸停方向?？刂葡到y(tǒng)的輸入量是預(yù)期的直升機的懸停方向，輸出量即為實際的懸停方向。假設(shè)（1）上下旋翼均為三葉槳，且尺寸，重量等各種物理參數(shù)均相同；（2）上下旋翼旋轉(zhuǎn)軸通過機身質(zhì)心；（3）機身外形簡化成體積相同的長方體，質(zhì)心位于其幾何中心上下旋翼的每葉槳的轉(zhuǎn)動慣量為（1代表上旋翼，2代表下旋翼根

7、據(jù)角動量守恒得到方程被控對象特性分析：本控制系統(tǒng)的被控對象是共軸的兩個旋翼，控制量是兩旋翼的旋轉(zhuǎn)角速度。根據(jù)數(shù)學(xué)建模的分析，得到傳遞函數(shù)：經(jīng)過一系列的推算得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：經(jīng)過化簡后得到：分析性能1穩(wěn)定性分析：2.根據(jù)勞斯判據(jù)得到：穩(wěn)態(tài)性能分析：所以擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為：因此只要滿足在滿足穩(wěn)態(tài)誤差很小的前提下，擾動誤差就可以削弱到很小分析擾動誤差時的結(jié)構(gòu)圖如下：動態(tài)性能分析：此系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式為：所以得到：在控制工程中，除了那些不容許產(chǎn)生振蕩響應(yīng)的系統(tǒng)外，通常都希望控制系統(tǒng)都具有適當(dāng)?shù)淖枘?、較

8、快的響應(yīng)速度和較短的調(diào)節(jié)時間。頻率特性分析系統(tǒng)性能頻率特性法主要是通過系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的圖形來分析閉環(huán)系統(tǒng)性能的，因而可避免繁雜的求解運算，計算量較小。奈奎斯特圖奈奎斯特圖是對于一個連續(xù)時間的線性非時變系統(tǒng)，將其頻率響應(yīng)的增益及相位以極坐標(biāo)的方式繪出，常在控制系統(tǒng)或信號處理中使用，可以用來判斷一個有回授的系統(tǒng)是否穩(wěn)定，奈奎斯特圖的命名是來自貝爾實驗室的電子工程師哈里·奈奎斯特。奈奎斯特圖上每一點都是對應(yīng)一特定頻率下的頻率響應(yīng)，