涵道共轴旋翼飞行器建模与验证

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1、中图分类号：V212.4论文编号：102870115-S255学科分类号：082520硕士学位论文涵道共轴旋翼飞行器建模与验证研究生姓名牛金宇学科、专业航空宇航科学与技术（直升机工程）研究方向飞行器控制与仿真指导教师徐锦法教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringModelingandVerificationofADuctedCo

2、axialRotorAircraftAThesisinAerospaceScience&Technology(HelicopterEngineering)byNiuJinyuAdvisedbyProf.XuJinfaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要由于出色的悬停和低速飞行性能，旋翼飞行器一直是航空领域研究的热点，然而出于力矩配平的需求，传统旋翼飞行器的尺寸往往很大。近年来，逐渐兴起的涵道共轴旋翼飞行器既具备旋翼飞行器的低速性能，又在尺寸上得到了精

4、简，因此吸引了很多研究者的目光。本文研究对象就是某型涵道共轴飞行器的验证机，主要工作就是对其进行建模和模型验证。首先，使用传统的滑流和叶素理论，并综合实验方法，建立涵道共轴飞行器的飞行动力学模型，完成了Matlab/Simulink飞行动力学仿真模型的构建，通过配平和线化处理得到了相关状态下的小扰动线化模型，进行了飞行控制律设计以及经典科目仿真飞行。其次，针对飞行器实验平台进行了飞行控制系统设计。飞行控制系统包括了航电设备、飞控软件和地面站系统。在模型估算结果基础上，根据功率需求选取了电机、电调以及电源等设备，依据飞控系

5、统对传感器设备数据精度要求选取了IMU、GPS、高度计等传感器设备。飞控计算机为自制产品，以STM32微型嵌入式处理器为核心，飞控程序以PID算法为基础，设计了增稳控制回路和姿态控制回路，实现了验证机稳定的飞行控制。地面站系统以地面监控软件为核心，利用通信设备实现了与空中飞行器平台之间的地空数据交换，地面监控软件涉及信息监视与指令操控两部分，软件采用C#语言编写，以模块化编程设计思想实现了数据记录、数据显示、图像记录显示、电子地图、控制参数调试、指令发送等功能。接着，进行了飞控系统测试和飞控参数整定试验。通过静态调试、系

6、留试验和试飞实验层层递进的调试方法，完成了飞控系统功能测试和飞控参数整定。对飞控系统硬件、软件进行全方位测试同时，得到了可使飞行器稳定飞行的控制参数。用硬系留、软系留和不系留三级试验调试办法完成了通道控制参数的整定，有效避免了飞行器平台在试验过程中可能出现的飞行不稳定，极大减少了试验事故的发生。最后，在飞行数据采集、分析处理基础上，完成飞行动力学模型的验证。对模型进行了配平验证、控制参数验证和仿真飞行验证。验证结果表明，模型具有很高精度。关键词：飞行动力学建模，飞行控制，参数整定，飞行仿真，模型验证I涵道共轴旋翼飞行器建

7、模与验证ABSTRACTRotorcraftisalwaysthehotspotinaviationfieldforitsperfectperformanceinhoveringandlow-speedflight.Generally,rotorcraftisofconsiderablesizefortorquebalancing.Inrecentyears,anewkindofaircraftcalledductedcoaxialrotoraircraftisshowingupprominently,withbotht

8、headvantageofrotorcraftandmuchsmallerscale.Modelingandverificationofthiswidelywatchedaircraftisthemainlyworkofthepaper.Atfirst,thispaperdesignsthemodelwithtrad