基于FLUENT的飞行器气动特性仿真研究

发布时间：2017-06-03 06:07

  本文关键词：基于FLUENT的飞行器气动特性仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：飞行器的气动特性及所受到的空气动力与飞行器外形结构和主要部件的布局密切相关。能够体现飞行器的飞行特征以及性能指标。为了研究相关初始条件的改变对于气动特性的影响以及控制系统的性能指标是否满足实际需求,论文基于某型号飞行器对其气动特性利用Fluent进行了气动仿真与分析,在此基础上采用MATLAB对控制系统的相关特性否进行了仿真分析和验证。论文分析了飞行器在空间运动过程中的力学环境,定义了飞行器空间运动的相关坐标系以便将复杂的空间运动进行简化研究,并给出了坐标系之间相互转换方式；分析了在空间运功过程中作用在飞行器上的力和气动力矩与相应的飞行器气动参数之间的相互关系。根据相关理论知识对飞行器的飞行运动进行简化并建立对应的数学模型,分析了飞行器运动方程组的相关方程,利用小扰动理论化简并得到了最终的飞行器空间扰动运动方程。然后采用Gambit对飞行器进行物理建模,根据具体的项目要求确定了飞行器计算区域以及网格划分。分析了计算模型对于飞行器数值仿真的影响,选取合适的计算模型和湍流模型利用Fluent对飞行器进行了气动仿真计算,针对仿真结果进行数据分析并得出了飞行器的气动特性随相关初始条件改变的变换规律。在合理假定相关条件的情况下,根据飞行器的气动特性数据和飞行器控制系统数据,将飞行器的扰动运动拆分为纵向扰动运动和侧向扰动运动,同时采取系数冻结法推理出了飞行器在俯仰回路以及偏航回路的传递函数。通过设置相关初始条件对飞行器的纵向扰动运动的稳定性进行了推理与分析。对系统的舵回路的传递函数进行了分析并确定了相应的参数。将所确定的舵回路引入纵向控制系统并利用MATLAB优化工具箱对飞行器的俯仰回路和高度回路进行了优化处理。仿真结果说明,所设计的飞行器的电动舵系统和纵向控制系统都达到了时域和频域的性能要求,可以应用在飞行器控制系统中。
【关键词】：飞行器 空气动力 物理建模 气动仿真 控制系统
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 论文研究的主要内容及结构安排11-13
• 2 飞行器空间运动建模13-25
• 2.1 飞行器力学环境分析13-14
• 2.1.1 速度坐标系Ox_3y_3z_313
• 2.1.2 弹体坐标系Ox_1y_1z_113-14
• 2.1.3 速度坐标系与弹体坐标系的关联14
• 2.2 空气动力14-15
• 2.3 气动力矩15-17
• 2.3.1 俯仰力矩15-16
• 2.3.2 偏航力矩16
• 2.3.3 滚转力矩16-17
• 2.4 飞行器运动建模的基础17-19
• 2.4.1 地面坐标系Axyz17
• 2.4.2 弹道坐标系Ox_2y_2z_217
• 2.4.3 坐标系之间的转换矩阵17-19
• 2.5 飞行器的运动方程组的建立19-25
• 3 基于Fluent的物理建模与仿真分析25-34
• 3.1 飞行器气动特性的一般研究方法25-26
• 3.2 飞行器的物理建模26-27
• 3.3 计算区域网格划分27-28
• 3.4 飞行器气动特性分析28-29
• 3.5 飞行器气动特性计算29-30
• 3.6 气动仿真及分析30-34
• 4 飞行器的动态特性分析34-46
• 4.1 飞行器扰动运动的特性34-35
• 4.2 飞行器空间运动方程的线性处理35-40
• 4.2.1 飞行器空间运动方程线性处理方法36-39
• 4.2.2 扰动运动的分解39-40
• 4.3 飞行器的纵向动态特性分析40-46
• 4.3.1 飞行器纵向扰动方程的处理40-41
• 4.3.2 飞行器运动稳定性研究41-42
• 4.3.3 飞行器纵向扰动运动分析42-46
• 5 舵系统控制模块的分析研究46-56
• 5.1 电动舵机的构成以及原理47-48
• 5.2 舵系统的模型构建48-56
• 5.2.1 飞行器舵回路的研发准则48-49
• 5.2.2 舵系统传递函数的性能分析49-52
• 5.2.3 舵系统参数的选择方法及动态特性52-56
• 6 飞行器纵向控制回路分析与研究56-68
• 6.1 纵向控制回路运行机制56-57
• 6.2 纵向运动的传递函数57-59
• 6.2.1 飞行器纵向传递函数57-58
• 6.2.2 纵向运动结构图58-59
• 6.3 纵向控制回路设计59-68
• 6.3.1 纵向控制回路结构图59-60
• 6.3.2 俯仰角控制回路参数的设定60-63
• 6.3.3 校正装置的确定63
• 6.3.4 校正后角回路分析63-65
• 6.3.5 高度控制回路的研究与设计65-68
• 7 总结与展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73
• 致谢73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 庞英良;宋卫东;杨晓霖;;基于Fluent的末制导炮弹初始段气动仿真[J];兵工自动化;2009年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张鹏;基于VxWorks的无人直升机操纵控制系统设计与实现[D];南京航空航天大学;2007年

2 刘萍;基于某型导弹的航迹规划与地形匹配技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

3 刘巍;重复使用助推器多源导航信息容错技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

  本文关键词：基于FLUENT的飞行器气动特性仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：417415