共軸雙旋翼直升機(jī)懸停方向的控制實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告(已修改)
2025-05-18 00:02 本頁面
【正文】 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告（20102011學(xué)年第一學(xué)期） 共軸雙旋翼直升機(jī)懸停方向的控制摘要本文主要目的是設(shè)計(jì)共軸雙旋翼直升機(jī)懸停方向的控制系統(tǒng)。文中主要介紹了此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在時(shí)域和頻域中詳細(xì)地分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。并且，為達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，對系統(tǒng)進(jìn)行了串聯(lián)校正，使系統(tǒng)能夠較好地達(dá)到了指標(biāo)要求。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，利用了Scilab和Matlab軟件進(jìn)行仿真分析，動(dòng)態(tài)直觀地反映了系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵字 共軸雙旋翼直升機(jī) 串聯(lián)校正 穩(wěn)定性 穩(wěn)態(tài)性能 動(dòng)態(tài)性能 引言研究背景20世紀(jì)40年代初，航空愛好者開始對共軸雙旋翼直升機(jī)產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，由于當(dāng)時(shí)人們對共軸雙旋翼氣動(dòng)特性認(rèn)識(shí)的缺乏以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面遇到的困難，許多設(shè)計(jì)者最終放棄了努力，而在很長一段時(shí)間對共軸式直升機(jī)的探討只停留在實(shí)驗(yàn)階段。1932 年，單旋翼帶尾槳直升機(jī)研制成功，成為世界上第一架可實(shí)用的直升機(jī)。從此，單旋翼帶尾槳直升機(jī)以其簡單、實(shí)用的操縱系統(tǒng)和相對成熟的單旋翼空氣動(dòng)力學(xué)理論成為半個(gè)多世紀(jì)來世界直升機(jī)發(fā)展的主流。然而，人們對共軸雙旋翼直升機(jī)的研究和研制一直沒有停止。俄羅斯1945 年研制成功了卡8 共軸式直升機(jī)，至今發(fā)展了一系列共軸雙旋翼直升機(jī)，在型號研制、理論實(shí)驗(yàn)研究方面均走在世界前列。美國也于50 年代研制了QH50 共軸式遙控直升機(jī)作為軍用反潛的飛行平臺(tái)，并先后交付美國海軍700 多架。從20 世紀(jì)60 年代開始，由于軍事上的需要，一些國家開始研制無人駕駛共軸雙旋翼形式直升機(jī)。在實(shí)驗(yàn)方面，從20 世紀(jì)50 年代起，美國、日本、俄羅斯等相繼對共軸雙旋翼的氣動(dòng)特性、旋翼間的氣動(dòng)干擾進(jìn)行了大量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，共軸雙旋翼的旋翼理論得到不斷的發(fā)展和完善，這種構(gòu)形的直升機(jī)以它固有的優(yōu)勢越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。研究對象特點(diǎn)分析共軸雙旋翼直升機(jī)有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(jī)的航向操縱靠上下兩旋翼總距的差動(dòng)變化來完成。共軸雙旋翼直升機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。這種直升機(jī)無尾槳，機(jī)身長度大大縮短。有兩副旋翼產(chǎn)生升力，每副旋翼的直徑也可以縮短。機(jī)體部件可以緊湊地安排在直升機(jī)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(jī)相比，其操縱效率明顯有所提高。此外。共軸式直升機(jī)氣動(dòng)力對稱，其懸停效率也比較高。根據(jù)直升機(jī)的飛行原理可知，直升機(jī)的飛行控制是通過周期變距改變旋翼的槳盤錐體從而改變旋翼的總升力矢量來實(shí)現(xiàn)的，由于旋翼的氣動(dòng)輸入（即周期變距）與旋翼的最大響應(yīng)（即揮舞），其方位角相差90176。，當(dāng)旋翼在靜止氣流中旋轉(zhuǎn)時(shí)，以縱向周期變距為例，直升機(jī)有兩種典型的航向操縱結(jié)構(gòu)形式，即半差動(dòng)和全差動(dòng)形式。（1）半差動(dòng)航向操縱系統(tǒng)。目前國內(nèi)研制的共軸式直升機(jī)采用的是半差動(dòng)航向操縱形式，總距、航向舵機(jī)固聯(lián)在主減速器殼體上，縱橫向舵機(jī)固聯(lián)在總距套筒上，隨其上下運(yùn)動(dòng)。（2）全差動(dòng)航向操縱方案。共軸式直升機(jī)全差動(dòng)航向操縱方案是指在航向操縱時(shí)大小相等方向相反地改變上下旋翼的總距從而使
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