Математическая модель динамики полета конвертируемого винтокрылого летательного аппарата с системой автоматического управления

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 3. С. 187-200.

Авторы

Мясников М. И.*, Ильин И. Р.**

Национальный центр вертолетостроения имени М.Л. Миля и Н.И. Камова, ул. Гаршина, 26/1, Томилино, Московская область, 140070, Россия

*e-mail: m.myasnikov@nhc.aero
**e-mail: irilyin@mi-helicopter.ru

Аннотация

Рассмотрена нелинейная математическая модель динамики полета конвертируемого винтокрылого летательного аппарата (конвертоплана), выполненного по двухвинтовой поперечной схеме. Для ее создания использовалась система дифференциальных уравнений движения твердого тела. Аэродинамический расчет несущих винтов конвертоплана выполнялся с прменением теории элемента лопасти и комбинированной импульсно-вихревой модели воздушного винта для режимов косого обтекания. В модели динамики полета конвертоплана учитывалось поступательное и вращательное движение несущих винтов. Предложен алгоритм аэродинамического расчета элементов планера (крыла, фюзеляжа, опере ния) конвертоплана с использованием на малых углах атаки аналитических моделей. Выполнен синтез алгоритмов системы автоматического управления (автопилота) для трех принципов полета: «вертолетного», «самолетного» и переходного. Проведен расчет траекторий полета конвертоплана в автоматическом режиме на типовых этапах: переходные режимы, полет по прямоугольному маршруту, установившиеся виражи, восходящая и нисходящая спирали, висение и набор высоты с малой поступательной скоростью.

Ключевые слова:

двухвинтовой конвертоплан поперечной схемы, математическая модель динамики полета, система автоматического управления, алгоритмы системы управления, городская аэромобильность

Библиографический список

  1. Есаулов С.Ю., Мясников М.И., Ильин И.Р. Обзор методов расчета летно-технических характеристик электрических летательных аппаратов вертикального взлета и посадки // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2022. № 5. C. 30–39.

  2. Myasnikov M.I., Esaulov S.Yu., Ilyin I.R. Flight Performance Estimation for EVTOL Quadcopter Configurations // 47th European Rotorcraft Forum (06-09 September 2021, held online).

  3. Myasnikov M.I., Esaulov S.Yu., Ilyin I.R. VTOL Aerodynamic Configurations Analysis for Urban Air Mobility // 76th Annual Forum & Technology Display (05-08 October 2020, held online). DOI: 10.4050/F-0076-2020-16448

  4. Myasnikov M.I., Esaulov S.Yu. Ilyin I.R. Light eVTOL Possible Aerodynamic Configurations Analysis // 45th European Rotorcraft Forum (17-20 September 2019; Warsaw, Poland).

  5. Мясников М.И., Есаулов С.Ю., Ивчин В.А. Возможность создания конвертоплана с электрической и гибридной силовыми установками // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 2. C. 29–36.

  6. Бюшгенс А.Г., Воронин А.Ю., Кувшинов В.М., Леонтьев В.А. Синтез алгоритмов системы управления беспилотного летательного аппарата типа конвертоплан // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. XLIX. № 2. С. 39–61.

  7. Артамонов Б.Л., Шайдаков В.И. Алгоритм выполнения конвертопланом переходных режимов полета // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 27–40.

  8. Mehra R.K., Prasanth R. K., Gopalaswamy S. XV-15 Tiltrotor Flight Control System Design Using Model Predictive Control // IEEE Aerospace Conference Proceedings (21-28 March 1998; Snowmass, CO, USA). DOI: 10.1109/AERO.1998.687905

  9. Maisel M.D., Giulianetti D.J., Dugan D.C. The History of the XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft: From Concept to Flight. Monograph in Aerospace History #17. The NASA History Series. NASA SP-2000-4517. – Washington, D.C., 2000. – 194 p.

  10. Goldstein K.W., Dooley L.W. V-22 Control Law Development // 42nd Annual Forum of the American Helicopter Society (02-04 June 1986; Washington, D.C.), pp. 673-684.

  11. Ballauer W.L., Leet J.R., Mitchell J., Eck D.R. Testing of the V-22 Flight Control System // 46th Annual Forum of the American Helicopter Society (1990; Washington, D.C.), pp.1147-1160.

  12. King D.W., Dabundo C., Kisor R.L., Agnihotri A. V-22 Load Limiting Control Law Development // 49th American Helicopter Society International Annual Forum (19-21 May 1993; St. Louis, Missouri, USA), pp. 201-214.

  13. Баженов С.Г. Основы динамики полета. – М.: Физ-матлит, 2021. – 432 с.

  14. Ефремов А.В., Захарченко В.Ф., Овчаренко В.Н. и др. Динамика полета: Учебник / Под ред. академика Г.С. Бюшгенса. – Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2017. – 775 с.

  15. Браверман А.С., Вайнтруб А.П. Динамика вертолета. Предельные режимы полета. – М.: Машиностроение, 1988. – 278 с.

  16. Padfield G.D. Helicopter Flight Dynamics: Including a Treatment of Tiltrotor Aircraft. – 3rd edition. – Wiley, 2018. – 856 p.

  17. Есаулов С.Ю., Бахов О.П., Дмитриев И.С. Вертолет как объект управления. – М.: Машиностроение, 1977. – 192 с.

  18. Миль М.Л., Некрасов А.В., Браверман А.С. и др. Верто леты: расчет и проектирование. – Т 1. Аэродинамика. – М.: Машиностроение, 1966. – 457 с.

  19. Johnson W. Rotorcraft Aeromechanics. – Cambridge University Press, 2013. – 944 p.

  20. Leishman J.G. Principles of helicopter aerodynamics. – 2nd edition. – Cambridge University Press, 2006. – 826 p.

  21. Bramwell A.R.S., Done G.T.S., Balmford D. Bramwell’s Helicopter Dynamics. – 2nd edition. – Butterworth- Heinemann, 2001. – 373 p.

  22. Ferguson S.W. A Mathematical Model for Real Time Flight Simulation of a Generic Tilt-Rotor Aircraft. NASA Contractor Report CR-166536. 1988, Rev. A. 538 p.

  23. Kundu A.K., Price M.A., Riordan D. Conceptual Aircraft Design: An Industrial Approach. – First Edition. – John Wiley & Sons, 2018. – 984 p.

  24. Бочкарев А.Ф., Адреевский В.В., Белоконов В.М. и др. Аэромеханика самолета. – М.: Машиностроение, 1985. – 360 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024