直升机尾流反扭控制研究与鲁棒极点设计

本文主要探讨了不确定控制系统的设计，特别是针对直升机动力学模型的改进和控制策略。直升机作为一种复杂且稳定性较差的飞行器，其单旋翼结构导致的扭矩问题一直是研究焦点。传统尾桨装置虽然能有效平衡扭矩，但存在一些固有的局限性和缺点。 作者首先回顾了直升机尾部设计的发展，如休斯提出的尾梁侧面吹气增大环量的方法（NOTAR），旨在利用旋翼尾流的能量替代尾桨。然而，通过数学建模分析，例如动量法与叶素法的结合，作者发现即使采用NOTAR方案，尾梁翼面反扭方案在现实中并不可行，至少对于已采用该方案的直升机，尾梁环量对扭矩贡献的期望效果可能并未达到。 文章进一步提出了新的控制目标，即设计具有鲁棒性的闭环极点，以提高系统的稳定性，同时保持控制理论的易用性。静态反馈设计法和动态状态反馈控制器设计方法被提出，试图通过优化算法实现这一目标。然而，尽管理论上动态反馈控制器在原理上更有优势，但在实际应用中，由于优化算法的局限，性能并未达到预期。 关键的计算结果揭示了悬停旋翼和尾流的特性，这对改进直升机设计提出了建议。文章强调了在提升翼型低速升力特性至必要水平之前，对现有方案的努力可能难以取得实质进展。此外，通过根轨迹理论和执行器动态特性的考虑，文章试图为直升机增稳控制器设计提供更抗参数摄动的方法。 总结来说，本文围绕直升机不确定控制系统的设计展开，着重于鲁棒极点配置和设计，以及如何利用现代控制理论如根轨迹理论来改进直升机的动态稳定性。尽管面临技术挑战，但研究者看到了优化算法未来在增强控制器抗扰动能力方面的潜力。关键词包括悬停旋翼计算、鲁棒极点配置、动态控制器设计、根轨迹理论以及执行器动态特性。这些成果对于直升机工程实践具有重要意义，推动了飞行器控制系统的进步。