【摘 要】
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eVTOL（electric Vertical Take-Off and Landing,电动垂直起降飞行器）作为地面载具行驶时需要悬挂结构支撑车体、作为飞行器时需要机翼提供升力和飞行控制,地面行驶与飞行两种模式下机翼与悬挂是互为多余的机械结构与重量。本文基于此需求进行了eVTOL的收展翼设计与协同控制仿真研究,主要工作内容如下:针对eVTOL结构“死重”问题设计了一种机翼与悬挂融合的收展翼气动布
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eVTOL（electric Vertical Take-Off and Landing,电动垂直起降飞行器）作为地面载具行驶时需要悬挂结构支撑车体、作为飞行器时需要机翼提供升力和飞行控制,地面行驶与飞行两种模式下机翼与悬挂是互为多余的机械结构与重量。本文基于此需求进行了eVTOL的收展翼设计与协同控制仿真研究,主要工作内容如下:针对eVTOL结构“死重”问题设计了一种机翼与悬挂融合的收展翼气动布局,研究了翼根旋转轴、大挠度空心机翼以及翼尖螺旋桨轮毂电机车轮的气动结构;模拟了收展翼系统分别在地面行驶阶段、垂直起降阶段与巡航飞行阶段的运动状态;分析了收展翼基本翼型的气动性能指标,并初步设计了翼尖电机螺旋桨的外形结构。收展翼由于旋转轴阻尼、空气阻力等扰动因素,会导致两翼收展角度不同步,将大大影响eVTOL机身平衡而降低安全性,必须对两翼角度进行协同控制。利用Solid Works、对收展翼进行等效仿真三维建模;利用MATLAB Simulink/Simscape搭建机翼Mutibody多体仿真模型及螺旋桨推力模型,并动态显示模型控制过程;利用Simulink设计控制器误差反馈计算模块、控制器输出饱和限制模块及信号可视化模块。对比分析了传统PID与模糊自适应PID两种控制策略对收展翼协同控制的仿真结果。通过模糊环隶属函数与真值输出,设置了误差值、误差变化率以及增益系数论域并通过模糊规则进行组合判定,最终得到模糊PID增益系数。通过对收展翼角度差、两翼螺旋桨转速仿真结果进行分析,得出传统PID与模糊自适应PID均能达到收展翼角度协同控制效果,而模糊自适应PID控制策略各项动态性能指标均优于传统PID控制策略的结论。
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