مدل‌سازي رياضي و بررسي تاثير مساحت دم افقي بر وضعيت پايداري بالگرد يك روتور اصلي در پرواز كروز

Mathematical modeling and investigating the effect of the area of the horizontal stabilizer on the stability of a single-main-rotor helicopter in forward flight

در اين مقاله تأثير ابعاد دم افقي بر بهبود پاسخ‌هاي ديناميكي، خواص پايداري و ميزان ارتقاء كيفيت و خوش‌دستي پرواز بالگردهاي يك روتور اصلي در پرواز كروز بررسي مي‌شود. اين فرايند شامل استخراج مدل ديناميك غيرخطي شش درجه آزادي بر اساس روابط آيروديناميك خطي و با فرض خطي بودن سرعت القايي روتور و دو درجه آزادي فلپينگ و فدرينگ براي بالگرد متشكل از يك روتور اصلي، روتور دم، دم افقي و عمودي، بدنه و سامانه پيشرانش است. استخراج مشتقات پايداري و كنترل بالگرد در شرايط تريم و بررسي تأثير تغيير مساحت دم افقي بر پايداري بالگرد در پرواز كروز بيانگر روند مطالعات در مقاله حاضر است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه افزايش مساحت دم افقي بالگرد تاثير قابل ملاحظه‌اي بر شرايط تريم بالگرد مورد تحقيق ندارد، و نيازي به محاسبه شرايط تريم براي مقادير مختلف مساحت دم افقي نيست. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه تغيير سايز دم افقي باعث بهبود پايداري طولي مي‌شود، و با افزايش مساحت دم افقي تا سه برابر مقدار اوليه، قطب‌هاي سيستم حلقه باز به ناحيه پايدار منتقل مي‌شود و الزامات استاندارد (ADS-33E) براي پرواز در سطح يك پروازي كه فراجهش كمتر از 30 درصد و زمان نشست كمتر از 5 ثانيه را اجابت مي‌كند.

This paper investigates the effect of the area of the horizontal stabilizer of a single-main-rotor helicopter on its dynamic responses, stability properties, and flight handling quality during forward flights. Taking linear aero-dynamical relations into account, and assuming a linear induced velocity for the rotor and two degrees of freedom of flapping and feathering for each blade, we have derived the six degrees of freedom nonlinear dynamical model of the helicopter consisting of a main rotor, tail rotor, horizontal stabilizer, vertical stabilizer, fuselage, and the thrust system. The paper covers our findings on the stability derivatives, the effect of the area of the horizontal stabilizer on the forward-flight stability of the helicopter. The results indicate that the trim flight conditions do not considerably change when the horizontal stabilizer area increases. Moreover, increasing the area of the horizontal stabilizer threefold has been found to improve the longitudinal stability of the helicopter—the poles of the open-loop system are transferred to the stability region. However, such stability is accompanied by a favorable overshoot and the settling time required for flight at level 1(ADS-33E); (overshoot less than 30% and the settling time less than 5 seconds.)