新构型倾转旋翼无人机飞行力学建模(4)
从状态矩阵可以看出,横纵向基本没有耦合。对于常规直升机旋翼,一个前向的速度增量会导致旋翼侧倒,产生一个侧向力增量,也就产生了横纵向的耦合。而倾转旋翼无人机左右旋翼旋转方向相反,左右旋翼由于前向速度增量产生的侧向力相互抵消,故纵向速度增量不会导致横向的状态改变,即横纵向基本没有耦合。
根据状态矩阵计算得到悬停状态的特征根,并与商业软件rotorlib计算得到的特征根进行对比,如表2所示。商业软件由于自身设定的限制,目前还无法定义外翼段,其计算结果与常规倾转旋翼机类似。
表2 特征根计算结果对比分析Table 2 Comparisons of calculation results of eigenvalues模态本文特征根rotorlib特征根纵向0.纵向-纵向-横向荷兰滚0.横向滚转-横向螺旋-
从表 2可以看出:纵向计算结果两者接近,本文横向计算结果的螺旋模态和荷兰滚模态稳定性较好,即外翼段有利于对横航向稳定性。
基于本文模型,进一步计算得到直升机模式下不同前飞速度的特征根,如图11所示。
图11 特征根随前飞速度变化Fig.11 Eigenvalue movement with respect to airspeed
从图11可以看出:前飞速度增大,特征根实部有向左移趋势,稳定性增强。
5结 论
(1)增加机翼外翼段能提高直升机模式横航向稳定性;倾转旋翼机直升机模式悬停状态由于左右旋翼转向相反,左右旋翼纵向变量产生的横向力相互抵消,横向变量产生的纵向力亦相互抵消,故横纵向基本没有耦合。
(2)新构型倾转旋翼无人机相比常规倾转旋翼无人机具有巡航效率高、航时长的优势。
(3)本文重点研究了直升机模式配平及稳定性分析,随着工程进展不断深入,下一步将研究无人倾转旋翼机过渡状态控制策略。
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文章来源:《飞行力学》 网址: http://www.fxlxzz.cn/qikandaodu/2021/0205/331.html