２０１７年２月 西ｊＥ工业大学学报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｆｅｂ．２０１７ Ｖ０Ｉ．３５ Ｎｏ．１ 第３５卷第１期 飞艇螺旋桨推进系统动态特性验证方法研究 席亮亮 ，王海峰 ，宋笔锋 ，陈声麒２ （１．西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２；２．中国电子科技集团第３８研究所，安徽合肥２３００３１） 摘要：临近空间飞艇螺旋桨推进系统运行高度在２０ ｋｍ的高空，由于地面的空气密度约为该高度的 １４倍，因此在地面由于扭矩超限，推进系统并不能转到高空的额定转速，造成推进系统的动态特性在 地面无法准确测试；另一方面，动态特性是反映推进系统整体性能的重要指标，也是研究工作中最值 得关注的核心问题。目前主要有动态数值仿真、地面负载模拟器和全尺寸地面车载试验３种动态特 性验证方法，这３种方法形成了一种梯次递进的验证途径，使验证结果逐步接近真实系统。全尺寸地 面车载基本是推进系统在地面一定转速范围内的局部验证，由于该系统复杂性和篇幅所限，需要专题 讨论，文章只针对前２种方法展开初步研究。根据电机和螺旋桨之间转速、力矩平衡关系在Ｍａｔｌａｈ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立推进系统动态仿真模型，并进行某一实例仿真验证。通过在待测电机输出轴上联接 负载模拟器，对推进系统分别进行加减速特性和抗突风特性测试，并进行半物理仿真分析。结果表 明，文中基于动态数值仿真和地面负载模拟器的方法，在研究和评价系统动态特性时，有重要的参考 价值。 关键词：Ｉ临近空间；推进系统；动态特性；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真；负载模拟器 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—２７５８（２０１７）Ｏ１—００２０—０６ 中图分类号：Ｖ２７４ 螺旋桨电推进系统作为临近空间飞艇的重要系 统之一，是飞艇唯一的动力来源，其性能在很大程度 影响了临近空间飞艇的性能 ｊ。推进系统效率和 动态特性是反映推进系统整体性能的２项重要指 推进系统各部件进行重新设计。 推进系统动态特性验证方法 临近空间飞艇飞行的设计高度在２０ ｋｍ高空， 此处空气密度约为地面的１／１４，由于扭矩超限，在 标。其中，效率关系着飞艇的重量指标，动态特性影 响着飞艇的操纵性以及稳定性 Ｊ。 推进系统动态特性包括转速动态变化特性以及 对应转速下的拉力和力矩特性：转速特性包括推进 地面时推进系统并不能转到高空对应的额定转速， 造成推进系统的动态特性在地面无法直接完成准确 测试。 系统的加减速特性、稳定性，加减速特性好坏直接影 响着对外界环境改变的适应能力，转速稳定性可以 有效地反映在有外界风场干扰时飞艇维持定点浮空 的能力；拉力特性反映了飞艇的抗风能力，拉力大小 决定着飞艇的抗风速度；力矩特性是实现电机和螺 针对推进系统动态特性测试，国内外相关研究 中主要包括３种研究途径，即基于仿真手段的动态 特性测试、基于地面负载模拟器的半物理仿真测试 和基于全尺寸推进系统地面车载试验的动态性能测 试，如图１所示。 旋桨匹配的核心，并且决定了推进系统的最大转速 和最大拉力 。 在地面开展推进系统动态性能研究，将不仅能 提前检验测试推进系统的动态特性，也有助于发现 推进系统设计存在的问题，在飞艇投入使用之前对 收稿日期：２０１６—０９—２０ ＮＡＳＡ在机翼上沿前缘布置１８个电驱动螺旋 桨动力系统，再将机翼安装在卡车上，在１１３ ｋｍ／ｈ 的速度下沿着爱德华兹空军基地的湖床跑道行驶。 作者简介：席亮亮（１９９０一），西北工业大学硕士研究生，主要从事飞行器总体设计研究。 第１期 席亮亮，等：飞艇螺旋桨推进系统动态特性验证方法研究 ２１ 在２０１４年１月完成了高能静态试验以及低速滑行 试验，验证了所有１８个电动机在每分钟５ ６００转时 能够成功运行。 ｌ推进系统动态特性测试ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｌ 数值仿真模拟 Ｉ全尺寸推进系统地ｌ 螺旋桨地面负载 Ｉ面车载试验台Ｉ 模拟器 Ｊ ｊ Ｊ Ｉ Ｉ Ｉ验证推进系统Ｉ Ｉ动态特性Ｉ 图１推进系统动态特性验证研究途径 目前，西工大研制了可变海拔高度推进系统车 载试验台 ｊ，可以进行低海拔高度下的推进系统动 态特性验证，如图２所示。但是，由于高低空环境的 巨大差异，空气密度大，相同转速下地面螺旋桨力矩 是设计高度下的３倍 Ｊ，受到电机驱动力矩的， 加之试验过程中对公路、气候等外场条件要求高，因 而这种方法只能模拟有限高度、风速以及转速下推 进系统动态特性验证，对于其他工况特别是飞艇设 计高度下的推进系统动态特性无法进行测试。 图２全尺寸螺旋桨车载试验台 在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立推进系统模型， 进行设计高度范围内推进系统动态特性的仿真＿６］， 理论上可以完成设计包线内飞艇推进系统的动态性 能仿真研究，不需要花费太多的人力、物力，研究基 础条件要求也不严苛，而且研究周期短。虽然这种 研究手段的性能测试相比真实工况有一定差别，但 它仍是概念设计阶段验证方案的最理想手段。 基于负载模拟器的半物理仿真研究方法 是 全尺寸推进系统地面车载试验台的一个很好补充， 同时它又是基于仿真手段的一种真实的实现方法。 这种半物理仿真测试方法的优点在于：可在地面进 行推进系统的电气及机械接口验证，对试验条件要 求不高，在实验室内便可以完成不同工况下推进系 统动态特性测试；和动态数值仿真方法相比，这种仿 真方法仍需要足够的实验设备支持，而且由于电机 并不是工作在设计高度，电机的性能并未真实反映。 全尺寸地面车载基本是推进系统在地面一定转 速范围内的局部验证，鉴于该系统复杂性和篇幅所 限，需要专题讨论，本文在分析比较了３种推进系统 动态特性验证方法后，只对动态数值仿真和半物理 仿真这２种方法展开具体的研究。首先，基于 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行动态数值仿真实验，考虑不同 工况下螺旋桨运行特性，通过动态特性仿真模型模 拟飞艇设计高度范围内推进系统动态特性；然后，基 于负载模拟器进行半物理仿真，对推进系统分别进 行加减速特性和抗突风特性测试，验证了本文所发 展的２种方法的可行性。 ２基于仿真手段的推进系统动态特性 研究 ２．１仿真模型的建立 在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中采用模块化建模思路，建 立电流、转速双闭环永磁无刷直流电机仿真模型。 图３是永磁无刷直流电机的控制框图 引。 图３永磁无刷直流电机仿真控制框图 根据螺旋桨的半径、拉力系数、功率系数与前进 比之间的关系矩阵，再利用螺旋桨性能计算公式，插 值计算出螺旋桨气动拉力以及力矩。在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环 境下利用大气参数计算模块以及螺旋桨性能插值计 算模块建立螺旋桨性能仿真模型。 通过模块化电机仿真模型和螺旋桨性能计算模 型，基于电机和螺旋桨之间的力矩、转速平衡关系， ２２ 西 北工业大学学报 第３５卷 建立推进系统Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ动态性能仿真模型。 ２．２推进系统动态特性仿真研究实例 推进系统工况为高度２０ ｋｍ，风速１０ ｍ／ｓ。电 图５是推进系统利用不同加速度加速至额定转 速后再从额定转速减速至５０ ｒ／ｍｉｎ时的转速动态 机选用３０ ｋＷ直流减驱电机，电机额定功率３０ ｋＷ， 额定转速为５１０ ｒ／ｍｉｎ，电机效率为８８％。螺旋桨桨 径为６．８ Ｉｎ，转动惯量６８．８ ｋｇ・ｉｎ ，额定工作转速 响应，其中初始转速为５０ ｒ／ｍｉｎ；图６是推进系统在 每秒变化±１５ ｒ／ｍｉｎ的加速度指令下螺旋桨拉力、力 矩变化过程。仿真结果显示，系统加减速阶段转速 速平稳，稳定性好，推进系统动态特性较好。 Ｉｒ＼ 变化率跟设定加速度变化一致，稳定转速下系统转 一５１０ ｒ／ｍｉｎ。性能仿真数据所需的拉力系数、功率系 数与前进比关系见图４，此数据通过ＣＦＸ计算得到。 啪 啪 簌幡醉露 ４ ２ ０・ ｏ． Ｏ． ０．１ ０．３ ０．５ ０．７ ８０ 前进比 时间／ｓ 图４螺旋桨性能设置 图５不同加速度指令下推 进系统转速响应过程 图６￣１５ ｒ／ｍｉｎ加速度指令下推 进系统气动力变化 从上述算例可以看到，利用仿真模型可以在不 同工况下，对推进系统的加减速特性以及转速变化 过程中推进系统的拉力以及力矩变化情况进行模 拟，同时还可以直观观察驱动电机的电流等参数变 化，在一定程度上实现对推进系统的动态特性验证。 ３基于负载模拟器的推进系统动态特 性研究 单纯的动态数值仿真研究比较理想化，螺旋桨 地面负载模拟器结合了仿真和实物研究的优点，可 在地面完成全高度、全速度包线范围内飞艇推进系 统的动态特性测试 ｊ。 ３．１负载模拟器 图７负载模拟器组成图 １）向电动缸提供相应的螺旋桨拉力指令，电动 缸产生相应大小的拉力加载至待测电机； ２）向力矩加载电机提供螺旋桨力矩和电惯量 补偿力矩，力矩加载电机将两者之和加载至待测电 机输出端。 通过单独设计加载方案，再利用控制程序协同 控制这些加载机构，即可实现整个负载模拟器的 功能。 ３．２基于负载模拟器的动态特性验证方法 推进系统加减速特性和抗突风特性是临近空间 负载模拟器用于模拟螺旋桨的特性，其安装在 待测电机装置输出轴上，包括惯量、拉力以及力矩加 载单元 ，负载模拟器如图７所示，其详细设计见 参考文献［１０］。 负载模拟器的工作原理：先向计算机输入螺旋 桨工况以及转速指令，永磁无刷直流电机运动过程 中，控制计算机根据电机转速以及螺旋桨性能数据， 同一时序地执行： 飞艇的两个重要指标，利用所发展的负载模拟器，对 推进系统分别进行加减速特性和抗突风特性测试， 以验证临近空间飞艇适应外部环境变化的能力。 第１期 席亮亮，等：飞艇螺旋桨推进系统动态特性验证方法研究 １）推进系统加减速特性研究 推进系统加减速特性通过设置推进系统电机的 动力矩。 ２）推进系统抗突风性能研究 加速度、减速度指令，利用测控系统、数据采集系统 实时采集系统的转速、力矩等数据来进行测试，通过 分析整个试验过程系统的转速变化过程以及电流、 利用负载模拟器力矩加载电机模拟外界突风情 况，突风方向和飞艇运行方向一致就相当于飞艇相 对运行速度变慢；突风方向和运行方向相反就相当 电压、拉力、力矩等变化过程，验证推进系统动态 特性。 于飞艇相对运行速度变快，负载模拟器分别通过额 外加载和转速方向相反的反向力矩、方向一致的正 向力矩来模拟风场干扰。 本文试验过程中，假定上述２种风场干扰的扰 动力矩均为１００ Ｎｍ，遭遇同向短时突风时间点在３３ Ｓ处，遭遇逆向短时突风时间点在８０ Ｓ处，突风持续 在飞艇设计高度２０ ｋｍ、风速１０ ｍ／ｓ时，利用 ｃＦｘ计算不同转速下螺旋桨性能，在Ｌａｂｖｉｅｗ利用 插值程序建立螺旋桨性能计算模型。 图８是转速每秒变化±１０ ｒ／ｍｉｎ、±１５ ｒ／ｍｉｎ、 ￣２０ ｒ／ｍｉｎ的指令对应的推进系统动态响应，初始和 最终转速均为１００ ｒ／ｍｉｎ，稳定转速为５１０ ｒ／ｍｉｎ。 加减速特性验证试验得到的数据表明，加速阶段转 速每秒变化分别为９．８１ ｒ／ｍｉｎ、１５．０８ ｒ／ｍｉｎ以及 时间均为０．１ Ｓ。图１Ｏ和图１１分别是在此突风下 推进系统转速、驱动电机输出力矩变化情况。在遇 到方向一致的突风后，推进系统转速会突然下降，为 了使推进系统转速能够稳定在设计转速，此时驱动 电机输出力矩变大，系统转速渐渐恢复至额定转速 ２０．０６ ｒ／ｍｉｎ，减速阶段转速每秒变化分别为一９．７６ ｒ／ ｍｉｎ、一１４．９１ ｒ／ｒａｉｎ以及－２０．０１ ｒ／ｍｉｎ，跟设定的加速 度指令值基本一致，到达稳定转速后稳定性很好。 图９是不周加速度指标下推进系统驱动电机输 出力矩与时间的关系。随着转速的增加，螺旋桨力 矩变大，因而推进系统驱动电机输出力矩变大；在相 同转速时，加速度大的推进系统需要提供的更大驱 ￣１０２一—－—－・－・－值；在遇到逆向突风后，推进系统转速会突然上升， 为了使推进系统转速能够稳定在额定转速，此时驱 动电机输出力矩会变小，系统转速逐渐恢复至设计 转速值。 ６ ４ ２ 仿真结果表明，在遇到突风情况时，推进系统有 恢复至设计转速的能力。 …一±２Ｏ ＋１５ ＋１０ －－ｌ口 厂７－—■ 晕 Ｚ 一 旨 ＼ ＼ 埭 需 麓 Ｉ虽 芝 翅 艘 样 ４０ ８０ １２０ 时间／ｓ 时间／ｓ 时间／ｓ 图８不同加速指令推进系统 转速变化情况 图９不同加速指令推进系统 力矩变化情况 图ｌ０飞艇在遇到突风时推进 系统转速变化过程 ４结论 推进系统的动态特性影响着飞艇的操纵性和稳 生 定性，也反映了临近空间飞艇适应外部环境变化的 能力。 －Ｒ 本文主要分析了可以进行推进系统动态特性验 证的３种研究方法以及各自优缺点；建立了推进系 时间／ｓ 图１ １突风时飞艇驱动电机输出力矩变化过程 统动态性能仿真模型，据此模型进行了某推进系统 动态特性研究；利用现有负载模拟器试验台，开展了 西北工业大学学报 第３５卷 某推进系统的动态响应特性验证方法研究。 法可以完成临近空间飞艇推进系统的性能测试，具 有较好的工程应用价值。 通过实例分析，证明了本文基于Ｍａｔｌａｂ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ动态数值仿真和基于负载模拟器的研究方 参考文献： ［１］ 郭海军．平流层飞艇动力推进布局研究［ｃ］∥中国浮空器大会，长沙，２００８：１３—１５ Ｇｕｏ Ｈａｉｊｕｎ．Ａｉｒｓｈｉｐ Ａｅｒｏ—Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｅｍｉ—Ｅｍｐｉｉｒｃａｌ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ［ｃ］／／Ｃｈｉｎａ Ａｅｏｓｔｒａｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｃｈａｎｇｓｈａ，２００８：１３—１５（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］Ｇｅｉｓ Ｊ，Ａｒｎｏｌｄ Ｊ Ｈ．Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ（ＵＡＶ）［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｓｐａｃｅ Ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９４ ［３］ 陈声麒，宋笔锋，王海峰．高空飞艇推进系统参数匹配设计［Ｊ］．西北工业大学学报，２０１３，３１（４）：５３０－５３４ Ｃｈｅｎ Ｓｈｅｎｇｑｉ，Ｓｏｎｇ Ｂｉｆｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈａｉｆｅｎｇ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｉｓｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ａｉｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｅｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３，３ｌ（４）：５３０－５３４（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］焦俊，宋笔锋，张玉刚，李育斌．高空飞艇螺旋桨车载试验系统设计与验证［Ｊ］．西北工业大学学报，２０１５，３３：３６９．３７４ Ｊｉａｏ Ｊｕｎ，Ｓｏｎｇ Ｂｉｆｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｙｕｇａｎｇ，Ｌｉ Ｙｕｂｉｎ．Ｔｒｕｃｋ－Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ａｉｓｒｈｉｐ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１５，３３：３６９－３７４（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］ 刘沛清．空气螺旋桨理论及其应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００６ ［６］李宏，徐德民，焦振宏，王崇武．采用ＰＭＢＬＤＣ的ＡＵＶ对转螺旋桨推进系统建模与仿真［Ｊ］．系统仿真学报，２００７，１９ （１３）：３０８５・３０９０ Ｌｉ Ｈｏｎｇ，Ｘｕ Ｄｅｍｉｎ，Ｊｉａｏ Ｚｈｅｎｈｏｎｇ，Ｗａｎｇ Ｃｈｏｎｇｗｕ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｌＩＰ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｅｒ－Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｒｏｔｏｒｓ ＰＭ ＢＬＤＣ Ｍｏｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００７，１９（１３）：３０８５—３０９０（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 陈声麒．飞艇推进系统参数优化匹配与验证方法研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２０１６ Ｃｈｅｎ Ｓｈｅｎｇｑｉ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｉｓｈ Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ａｉｓｒｈｉｐ［Ｄ］．Ｘｉ ａｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ，２０１ｔ６（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］Ｐｉｌｌａｙ Ｐ，Ｋｒｉｓｈｎａｎ Ｒ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ—Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅｓ，Ｐａｒｔ Ｉ：Ｔｈｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ—Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒｎｓ ａｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９８９，２５（２）：２６５—２７３ ［９］娄悦．伺服系统模拟加载系统的研究与设计［Ｄ］．南京：南京理工大学，２００７ Ｏｕ Ｙｕｅ．Ｔｈｅ ＬＲｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｏａｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｓｉｒｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０］Ｃｈｅｎ Ｓｈｅｎｇｑｉ，Ｓｏｎｇ Ｂｉｆｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈａｉｆｅｎｇ．Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｌａ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｏｒｆ Ａｉｓｒｈｉｐ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０１４，２２８（８）：６１２—６２０ 第１期 席亮亮，等：飞艇螺旋桨推进系统动态特性验证方法研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｖｅｒｉｉｃａｔｉｆｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ａｉｒｓｈｉｐ Ｘｉ Ｌｉａｎｇｌｉａｎｇ．Ｗ ａｎｇ Ｈａｉｆｅｎｇ，Ｓｏｎｇ Ｂｉ￣ｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｓｈｅｎｇｑｉ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００７２Ｃｈｉ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ， ｎａ） ，Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅａｒ ｓｐａｃｅ ａｉｒｓｈｉｐ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｔ，ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｆｏｕｒｔｅｅｎ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｔ ｏｆ ２０ ｋｍ ａｌｔｉｔｕｄｅ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｏｒｑｕｅ ｏｖｅｒｒｕｎｏｎ ｔｈｅ ｒｏｕｎｄ，ｐｒｏｐｕｌｇｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔ ｇｏ ｔｏ ｒａｔｅｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｈｉ— ，ｔｕｄｅ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｓ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｎｏｔａｂｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｌｒ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ：ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｌｏａｄ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｌｌ—ｓｉｚｅ ｔｒｕｃｋ．ｍｏｕｎｔｅｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，．Ｔｈｉｓ ｔｈｒｅｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒｍ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｗａｙｉｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ—ｓｉｚｅ ｔｕｃｋ。ｍｏｕｎｔｒｅｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐａｒｔｉａｌ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ０ｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｐｅｅｄ ｒａｎｇｅ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ａｎｄ ｌｅｎｇｔｈ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｉｔ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｓｐｅ． ．ｃｉａｌ ｔｏｐｉｃ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ ｂａｌａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｐｒｏ— ｐｅｌｌｅｒ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｉｎ Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅａｓｅ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ； ｔｈｅｎ ｊｏｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｈａｆｔ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｆｏｒ ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｒ ａ ｓｕｄｄｅｎ ｗｉｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｓｅｍｉ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｉｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｌｌ—ｓｉｚｅ ｔｒｕｃｋ—ｍｏｕｎｔｅｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅａｒ ｓｐａｃｅ；ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌｏａｄ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ； ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ
