双旋翼直升飞机原理概要课件.ppt

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1、共轴双旋翼直升机悬停方向控制制作人：张映民.毛辉.刘涛.瞿丽华.王钿.肖力.沈丹2013年11月23日目录建模单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容分析性能单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容校正与设计单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容验证与仿真单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容：悬停直升机共轴双旋翼直升机的基本概念双雄翼共轴式直升机药基本特征是：两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼轴上，两旋翼间有一

2、定间距。两副旋翼的旋转方向相反，它们的反扭矩可以互相抵消。这样，就用不着再装尾桨了。直升机的航向操纵靠上下两旋翼总距的差动变化来完成。双旋翼共轴式直升机主要优点是结构紧凑，外形尺寸小。这种直升机因无尾桨，所以也就不露要装长长的尾梁，机身长度也可以大大缩短。有两副旋翼产生升力，每副旋翼的直径也可以缩短。机体部件可以紧凑地安排在直升机重心处，所以飞行稳定性好，也便于操纵。与单旋翼带尾桨直升机相比，其操纵效率明显有所提高。此外。共轴式直升机气动力对称，其悬停效率也比较高。研制共轴式直升机取得最大成功的是俄罗斯的

3、卡莫夫设计局，该设计局研制出了庞大的“卡”系列直升机，它们基本上都是双旋翼共轴式布局。除大量民用直升机外，如卡-26、卡-226等，军用直升机也有不凡表现，卡-25曾是前苏联舰载反潜直升机食主力，新研制的战斗直升机卡-50、卡-52则更令人瞩目。北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系的轻型飞机室研制的“蜜蜂－16”轻型单座直升机也采用了共轴双旋翼形式。双旋翼共轴式直升机的主要缺点是操纵机构复杂。建模建模（Modeling）的目的就是要建立概念关系、数学和/或计算机模型的过程；建模是研究系统的重要手段和前提

4、，凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模，因此建立系统模型的过程、又称模型化。从系统工程学角度来评价一个模型的好坏，要把握三条原则：（1）分析与设计实际系统；（2）预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势；（3）对系统实行最优控制。因此，要求在建模过程中，要对系统模型进行抽象简化、并要在简化和分析结果的准确性之间适当的折衷，以满足前述三条基本原则。此折衷之意，就在于要保证模型的稳定性、均衡性和完整性的前提下，去除非规划阶段的影响因素。1.直流电动机数学模型电枢控制直流电动机的工作实质是将

5、输入的电能转化为机械能，也就是由输入的电枢电压在电枢回路中产生电枢电流再由电流与激磁磁通相互作用产生电磁转矩从而拖动负载运动。因此，直流电动机的运动方程有以下三部分组成再进过一系列的计算后得出直流发动机数学建模的公式：被控对象的分析：共轴双旋翼直升机悬停方向的控制是角动量守恒定律的应用。直升机在发动前，系统的总角动量为零。在发动后，旋翼在水平面内高速转动，系统会出现一个竖直向上的角动量。由旋翼产生的升力竖直向上，方向通过大致与机身垂直的直立轴，飞机受重力也通过该轴，升力和重力对该轴均不产生力矩，故系统的角

6、动量守恒。双旋翼直升机在直立轴上安装了一对向相反方向旋转的旋翼，通过对两旋翼旋转角速度的控制，实现直升机悬停方向的改变。共轴双旋翼直升机通过两个旋翼的差动旋转，进而将直升机悬停在预定位置，因此需要精确控制的变量是直升机的悬停方向。控制系统的输入量是预期的直升机的悬停方向，输出量即为实际的悬停方向。假设（1）上下旋翼均为三叶桨，且尺寸，重量等各种物理参数均相同；（2）上下旋翼旋转轴通过机身质心；（3）机身外形简化成体积相同的长方体，质心位于其几何中心上下旋翼的每叶桨的转动惯量为（1代表上旋翼，2代表下旋翼根

7、据角动量守恒得到方程被控对象特性分析：本控制系统的被控对象是共轴的两个旋翼，控制量是两旋翼的旋转角速度。根据数学建模的分析，得到传递函数：经过一系列的推算得到系统结构如下：经过化简后得到：分析性能1稳定性分析：2.根据劳斯判据得到：稳态性能分析：所以扰动作用下的稳态误差为：因此只要满足在满足稳态误差很小的前提下，扰动误差就可以削弱到很小分析扰动误差时的结构图如下：动态性能分析：此系统为二阶系统，其标准形式为：所以得到：在控制工程中，除了那些不容许产生振荡响应的系统外，通常都希望控制系统都具有适当的阻尼、较

8、快的响应速度和较短的调节时间。频率特性分析系统性能频率特性法主要是通过系统开环频率特性的图形来分析闭环系统性能的，因而可避免繁杂的求解运算，计算量较小。奈奎斯特图奈奎斯特图是对于一个连续时间的线性非时变系统，将其频率响应的增益及相位以极坐标的方式绘出，常在控制系统或信号处理中使用，可以用来判断一个有回授的系统是否稳定，奈奎斯特图的命名是来自贝尔实验室的电子工程师哈里·奈奎斯特。奈奎斯特图上每一点都是对应一特定频率下的频率响应，