倾转旋翼飞行器建模可视化与控制方法验证

论文摘要

倾转旋翼飞行器是未来非常有前途的一种新型飞行器,其飞行是否安全有效,在很大程度上取决于其飞控系统的性能,因此如何更好的开发倾转旋翼飞行器的飞控系统就成为一个很重要的问题。本文的目的是为开发倾转旋翼飞行器飞控系统提供一套便利的工具。首先是建立了常规布局倾转旋翼飞行器全动飞行力学数学模型。这套模型可以作为虚拟开发对象设计控制律,也可以嵌入控制律后进行全飞行包线飞行仿真实验,验证控制律。然后,仿真实验全程数据被记录至文件并另外建立有可视化数据重现系统进行离线式的三维可视化重现。最终成果为一套可视化飞控测试系统,可用于分析倾转旋翼飞行器飞行特性,以及验证控制律等用途。计算机仿真实验可以快速有效的模拟飞控系统的效用。而仿真实验数据的三维可视化重现则提供了一种更为便利有效的实验数据分析方法。直接观察虚拟飞行器更易于发现缺陷,再结合传统数据分析方式一起就能够大大减少飞控系统存在缺陷的可能,提高开发质量和效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 倾转旋翼飞行器飞控系统
• 1.3 倾转旋翼飞行器动力学模型的发展现状
• 1.4 视觉仿真的发展现状
• 1.5 本文的研究目的、意义、以及工作内容
• 第二章 可视化仿真实验系统概述
• 2.1 系统总体方案
• 2.2 飞行器仿真模型组件的工作概述
• 2.3 仿真可视化组件的工作概述
• 2.4 四元数的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 飞行器仿真模型
• 3.1 常规倾转旋翼飞行器空气动力学模型
• 3.2 旋翼系统气动力模型
• 3.2.1 旋翼系统结构分析
• 3.2.2 旋翼的运动方程
• 3.2.3 旋翼诱导速度模型
• 3.2.4 翼型气动力模型
• 3.2.5 旋翼的气动力和力矩
• 3.3 机翼气动力模型
• 3.3.1 旋翼尾流对机翼流场的干扰
• 3.3.1.1 机翼在滑流区的气动力
• 3.3.1.2 机翼在自由流区的气动力
• 3.4 水平尾翼气动力模型
• 3.5 垂直尾翼气动力模型
• 3.6 机身气动力模型
• 3.7 气动力和力矩在机体轴系下的合成
• 3.8 机体运动学模型
• 3.9 飞行器仿真模型的MATLAB 实现
• 3.10 本章小结
• 第四章 模型可视化实现
• 4.1 仿真可视化组件的工作原理
• 4.2 FlightGear 中的自定义飞行器
• 4.2.1 TiltRotor-set.xml
• 4.2.2 TiltRotor.ac
• 4.2.3 TiltRotor.xml
• 4.2.4 FlightGear 的启动参数
• 4.3 数据更新组件
• 4.4 本章小结
• 第五章 完整系统的可用性验证
• 5.1 简易的定点定高控制器
• 5.2 使用悬停与平飞进行系统性能与功能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 工作总结
• 6.1 本文主要贡献
• 6.2 进一步研究工作的设想
• 参考文献
• 附录A NACA0012 翼型气动升力系数和阻力系数
• 附录B 机翼横航向稳定性导数
• 附录C 样例倾转旋翼飞行器设计数据
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文