● 摘要
近年来小型无人直升机由于其在军事和民用方面的广泛用途，逐渐成为研究的热点。其中小型共轴式无人直升机以其机身结构紧凑、适合于小场地起降、不存在尾桨事故等特点而被国内外较多的采用。与普通单旋翼带尾桨的小型无人直升机一样，小型共轴式无人直升机由于安装了两副跷跷板式旋翼，机体惯量和旋翼角速度阻尼较小，旋翼转速高，机体本身不稳定且振荡周期短，如不加装相应机械增稳系统来增加稳定性，直升机将很难控制和操纵。在M22小型共轴式直升机的研制和试飞中，研制者为直升机设计加装了贝尔稳定杆，从而实现了直升机的稳定悬停和定常直线飞行，但在试飞中发现，该直升机的稳定性过强，而操纵性不够。随后，在以M22为原型机的某小型共轴式无人直升机研制中，研究人员为该直升机设计加装了操纵性更好的伺服小翼，试飞表明该直升机的稳定性和操纵性均较好。由此可以看出机械增稳系统对于小型共轴式直升机的重要作用。本文结合某小型共轴式无人直升机的研制，以该直升机机械增稳系统的设计和改进为基础，以建立该机的飞行动力学数学模型为主线，开展了以下几个方面的研究，这些也是本文研究工作的创新点。（1） 设计了小型共轴式直升机机械增稳系统中的希勒小翼，改进了机械增稳系统中的贝尔系统和希勒系统。（2） 将贝尔-希勒伺服小翼分为两个系统：贝尔系统和希勒系统，提出了伺服小翼的三个主要设计参数：贝尔参数、希勒参数和希勒小翼洛克数。（3） 推导了计入上下旋翼气动干扰的伺服小翼挥舞动力学方程，建立了加装上伺服小翼的小型共轴式直升机的飞行动力学模型。根据小扰动假设，对其进行线性化，通过数值法计算得到其稳定状态的气动导数和操纵导数，分析了伺服小翼的设计参数和不同安装形式的伺服小翼对小型共轴式直升机平衡、稳定性和操纵性的影响。（4） 编制了小型共轴式直升机的飞行动力学的配平、稳定性导数和操纵导数的计算程序。