Modellering av en helikopters rörelser

TNM085 Modelleringsprojekt, LiU, 2008

Grupp 1: Christian Alfons, Eirik Fredäng, Elias Holmström och Per Lind

Projektbeskrivning

En helikopters rörelser i luften

- Luftmotstånd och vind

- Tyngdkraft

- Lyftkraft

Bell 407

Java 3D

3ds Max

En helikopters rörelser

Förflyttning i tre dimensioner

Rotation i tre dimensioner

En helikopters rörelser

Huvudrotorn genererar lyftkraft

Förflyttning sker genom lutning av huvudrotorn

En helikopters rörelser

Newtons tredje lag

Vridmoment som måste motverkas

Stjärtrotorn skapar ett kompenserande vridmoment

Stjärtrotorn reglerar även yaw

Lyftkraft verkar inte på masscentrum

Hävarmseffekt

Avgränsningar

Styrsystem

Överstegring (stall)

Detaljerad mekanik

Den fysikaliska modellen – motorer

Enkla servomotorer

Överföringsfunktion

Fyra motorer

- Huvudrotorns drift

- Huvudrotorns vinkling framåt och bakåt

- Huvudrotorns vinkling höger och vänster

- Stjärtrotorns drift

Den fysikaliska modellen – huvudrotor

Lyftkraft

Rotorns storlek och form

Luftens densitet

Rotorns vinkelhastighet

Rotationsrörelse genom hävarmseffekt

Den fysikaliska modellen – huvudrotor

Newtons tredje lag

Motorns mekaniska friktion

Den fysikaliska modellen – huvudrotor

Huvudrotorns resulterande vridmoment

Huvudrotorns vinkelacceleration

Den fysikaliska modellen – tröghetsmoment

Skattade tröghetsmoment

Helikopterkropp: Cylinder

Rotor: Två korslagda stänger

Den fysikaliska modellen – gravitation och luftmotstånd

Vind

Luftmotstånd

Tyngdacceleration

Tyngdkraft

Den fysikaliska modellen – stjärtrotor

Stjärtrotorn ska motverka ett känt vridmoment i helikopterkroppen

Kraften från stjärtrotorn verkar på ett känt avstånd från helikopterkroppens masscentrum (hävarm)

Kraften beror på stjärtrotorns vinkelhastighet (likt huvudrotorns lyftkraft)

Nödvändig vinkelhastighet för kompenserande vridmoment kan beräknas

Variering av vinkelhastigheten styr yaw

Den fysikaliska modellen

Det totala vridmomentet

Helikopterns vinkelacceleration

Den totala kraften

Helikopterns acceleration

Implementation

Java, Java 3D

Modeller i 3ds Max

Kollisionshantering

Implementation – numerisk metod

Eulers stegmetod

Integrationssteg baserat på modellens snabbaste komponent

Integrationssteg för stabil simulering

Integrationssteg valdes till 0.010 s

Vidareutveckling

Mer detaljerad mekanik

Varierad luftdensitet

Mätning av skattade parametrar

Överstegring

Automatreglerat styrsystem

Mer avancerad kollisionshantering