无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究

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1、—————————————————————无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究—————————————————————AerodynamicCharacteristicsAnalysisAndVisualSimulationOfTheUnmannedRigidCoaxialHelicopter作者姓名：吴文健专业名称：机械电子工程指导教师：尚涛教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究摘要目前共轴刚性直升机正处于初步研究阶段，许多难题还没有解决，其中很重要的一个难题是半实物仿真实

2、验台的搭建。本文主要为共轴刚性直升机的研制提供一个全数字的视景仿真平台，同时通过分析共轴刚性双旋翼的气动特性，为研制的视景平台提供了仿真所需要的旋翼相关参数。首先，本文分别建立了垂向运动和前飞状态下共轴刚性直升机的数学模型，主要包括坐标系统的建立、模型假设、入流模型、上下旋翼相互干扰模型、旋翼气动力和力矩计算模型、机身气动力和力矩模型、整机运动学和动力学模型。然后将建立的气动力数学模型计算结果与前人的实验数据进行了对比，说明了论文所建立的数学模型具有一定精度。其次，运用CFD软件分析了间距比、扭转角和上升速度对共轴刚性双旋翼气动性能的影响，将

3、分析得到的旋翼相关参数提供给视景仿真平台。同时，对机身的气动特性进行了CFD分析，并与所建立的机身气动力数学模型进行了对比分析。最后，利用推导的刚性共轴直升机动力学模型，在MATLAB中搭建了共轴刚性直升机的数学模型，通过AC3D软件建立了共轴刚性直升机三维模型，并将三维模型导入到FlightGear中。针对MATLAB和FlightGear两个软件所需要数据形式的不同这个问题，推导了空间三维坐标系与大地经纬度坐标之间的转换关系式。联合MATLAB和FlightGear建立了共轴刚性直升机全数字视景仿真平台，并以CFD分析所得的旋翼参数作为模

4、型参数进行了垂向运动和前飞状态下的联合仿真，给出了最后的仿真截图以及经纬度和高度信息。综上所述，本文通过建立共轴刚性直升机全数字仿真平台，为后续的共轴刚性直升机的研究工作提供了基础。关键词：共轴刚性直升机，动力学模型，气动特性，视景仿真，FlightGearIAerodynamicCharacteristicsAnalysisAndVisualSimulationOfTheUnmannedRigidCoaxialHelicopterABSTRACTCurrently,therigidcoaxialhelicoptersareintheprel

5、iminarystudystage,manyproblemsyettoberesolved,andbuildasemi-physicalsimulationplatformwhichisaveryimportantproblem.Thisarticledevelopedarigidcoaxialhelicoptertoprovideafullydigitalvisualsimulationplatform.Atthesametime,theanalysisofrigidcoaxialrotorsaerodynamiccharacteristi

6、csforthedevelopmentofvisualplatformprovidesrotorcraftsimulation.Firstly,thisarticleestablishedundertheverticalmovementandforwardflightmathematicalmodelofrigidcoaxialhelicopter,includingtheestablishmentofthecoordinatesystem、modelassumptions、inflowmodel、theupperandlowerrotori

7、nterferencemodelrotor、rotoraerodynamicforceandmomentcalculationmodelandtheaerodynamicforcesandmomentsofbodymodel.Thenaerodynamicmathematicalmodelresultswithpreviousexperimentaldatawerecomparedtoestablish,thepaperdescribesthemathematicalmodelestablishedwithacertainaccuracy.S

8、econdly,byusedCFDsoftwaretoanalyzethepitchratio,torsionangleandthespeedofriseofrig