● 摘要
倾转旋翼机在过渡模式，旋翼和短舱的倾转会使飞机构型产生动态变化，除了造成气动力干扰以外，还会引起重心变化。倾转旋翼机本质上属于多体动力学系统，采用传统的六自由度刚体动力学方程不能反映多实体间的相互耦合问题。为此，本文将旋翼、短舱、机体视为不同运动实体，采用滑流理论和叶素理论计算旋翼系统气动力，采用风洞试验数据计算机架的气动力，建立了倾转旋翼机的多体动力学模型，该模型清晰地表达了旋翼系统相对机体的牵连运动，体现了各实体之间的相互耦合作用。
在此模型基础上，采用NEWTON迭代法求解平衡方程，得到了不同模式下各个操纵量和状态量随速度的变化曲线；以此为初始条件，建立了SIMULINK非线性全量仿真模型对倾转过渡段进行全量仿真，得到了过渡模式的“机头下沉、轨迹下沉”现象，验证了模型的合理性。
由于过渡段飞行状态发生明显变化影响飞行安全，因此需要设计合理的驾驶员控制行为来抑制飞行姿态的不利变化。在建立驾驶员模型时，本文首先建立了倾转旋翼机双通道驾驶员模型，通过相干性的分析对模型进行解耦；然后建立了解耦后纵杆－俯仰角通道的驾驶员McRuer模型。之后设计了两种不同的驾驶员控制行为，分别为俯仰角补偿控制和驾驶员预识操纵控制。对所设计的控制行为进行建模，利用所建立的驾驶员模型进行倾转过渡离线仿真，分析各个控制行为的控制效果。将所建非线性全量仿真模型移植到飞行模拟器上进行驾驶员在环实时仿真实验，实验结果与离线仿真结果接近，证明所设计的驾驶员控制行为有效。仿真结果表明俯仰角补偿控制需要驾驶员进行连续复杂的跟踪，倾转旋翼机飞行姿态不稳定；驾驶员预识操纵控制效果更好，更符合倾转过渡段的控制需求。