倾转旋翼机的动力学特性分析

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雅宝题库解析：
现有对倾转旋翼机的建模着重于研究其复杂的气动特性，在飞行动力学运动方程方面则研究不足，均采用了普通固定翼飞机的六自由度刚体动力学方程。然而，倾转旋翼机在过渡模式，旋翼和短舱的倾转使飞机构型产生动态变化，除了造成气动力干扰以外，旋翼和短舱的倾转还会引起重心变化，而且由于高速旋转的旋翼倾转会产生陀螺力矩效应，造成对机体的姿态干扰，采用六自由度刚体动力学方程不能反映由此造成的多体惯性耦合题目。为此，本文提出将旋翼、短舱、机体视为不同运动实体，建立倾转旋翼机的多体动力学模型，进而分析倾转旋翼机的动力学特性。针对倾转旋翼机的多体耦合题目，本文总结了倾转旋翼机的动力学特点，包括“半刚性”螺桨-旋翼综合系统的气动题目和多操纵协调题目；采用了滑流理论和叶素理论计算旋翼系统气动力，采用了风洞试验数据计算机架的气动力；创新地以多刚体系统的铰相对坐标描述系统的位形，建立了倾转旋翼机多体系统飞行动力学模型。该模型包含了系统的拓扑构型信息，清晰地表达了旋翼系统相对机体的牵连运动，体现了各实体之间的相互耦合作用。在多体动力学模型基础上，采用NEWTON迭代法详细分析了各种模式下稳定飞行的平衡特性；采用改进的四阶Runge-Kutta方法，即每一步积分中增加了旋翼气动力的迭代求解，进行了各模式的全量仿真，得到了直升机模式的悬停振荡特性，飞机模式的长、短周期特性和过渡模式的“机头下沉、轨迹下沉”现象，验证了模型的合理性及独到性；本文还将SIMULINK线化方法运用于倾转旋翼机的多体动力学模型线化上，得到了不同模式下的线化模型，并以此进行了倾转旋翼机的稳定性和操纵性研究。稳定性分析得到了纵、横向的模态特征根分布、模态特征矢量对比、模态特征参数，以及模态初始扰动响应曲线。操纵性分析得到了两种模式下纵、横向的时域仿真曲线和频域仿真曲线，且与国外仿真结果一致，可用于控制律的设计。