倾转四旋翼飞行器操纵策略研究

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倾转四旋翼飞行器是一种大载荷垂直起降兼高速前飞的新构型飞行器。针对倾转四旋翼飞行器的特点,本文建立倾转四旋翼飞行器的飞行动力学模型,提出一套适用的操纵策略,解决了操纵冗余问题。
  首先采用叶素理论建立旋翼气动力模型,根据机翼滑流区和自由区理论建立机翼气动力模型,利用CFD计算出的机身和垂直安定面气动数据建立其气动力模型,再结合由短舱前倾引起的全机重心变化模型,最终建立倾转四旋翼飞行器六自由度非线性飞行动力学模型。
  针对倾转四旋翼飞行器的构型,提出三种不同飞行模式下的操纵策略,并在Matlab/Simulink环境下构建其仿真模型。通过飞行器全包线的配平计算以及不同速度下的操纵功效分析,确定不同模式下各通道所用的操纵策略。
  采用最小控制能量融合方式对操纵输入进行融合,设计各个操纵量的操纵分配系数,从而解决了操纵冗余问题;以全机需用功率最小为目标函数,确定不同速度下功率最小时对应的俯仰角;最后加入边界限制条件,对过渡模式中同步倾转和异步倾转这两种倾转策略进行配平计算、对比分析,确定同步倾转为本文研究的倾转四旋翼飞行器的倾转策略。
  最后,基于小扰动假设,线化得到倾转四旋翼飞行器的状态矩阵,分析其操稳特性,包括非线性操纵响应特性以及各通道的耦合特性,验证了操纵策略的可行性。
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