大攻角非定常气动力建模与非线性动力学特性分析

发布时间：2017-08-22 10:30

  本文关键词：大攻角非定常气动力建模与非线性动力学特性分析

  更多相关文章： 多变量拟合 大攻角气动建模 分支分析 非线性系统 MATCONT 高超声速 机翼摇晃

【摘要】：随着现代航空航天技术研究的深入,以及实际作战的需要,飞行器运动特性由线性逐渐拓展至非线性范围。当飞机在进行大攻角机动时,将发生显著的气流分离和涡破裂现象,此时气动力会呈现出较强的非线性、迟滞特性,整个飞行器的运动也具有高度的非线性分叉现象,因此常规的飞行动力学小扰动线化分析方法将不能完全用于上述飞行器的分析中。本文从非线性飞行动力学的角度出发,分别对大攻角非定常气动力建模和非线性动力学特性分析进行了全面的研究。具体工作包括:(1)从拟合的角度,利用多变量非线性正交多项式方法,建立了大攻角下俯仰、偏航以及俯仰偏航耦合的非定常气动力模型,并与传统的多项式模型进行了对比。该方法简洁高效,不需事先确定模型结构,并且可以建立全局气动模型,因而具有广泛运用的基础,为后续飞行器设计和分析带来了极大的方便。(2)对分支分析和突变理论方法(Bifurcation Analysis and Catastrophe Theory Methodology-BACTM)进行了介绍,利用MATCONT软件对机翼摇晃这一现象进行分支分析,得到了系统的稳定特性以及Hopf分支点,全面揭示了系统的非线性动力学特性。同时,针对某飞行器的纵向进行了分支分析,通过该改变固定控制参数,得到了其变化对平衡曲线的影响,为飞行器参数设计带来了一定的指导意义。(3)对具有典型乘波体结构的吸气式高超声速飞行器的纵向进行了稳定性分析。利用空气动力学相关理论分别得到了飞行器的气动力和推力数据,并进一步计算出弹性模型中的模态和广义力。通过扩展分支分析方法得到了系统的平衡曲线,分析发现系统此时由于重心位于压心之前所有的平衡状态都是静不稳定的。同时,当飞行器处于高空巡航平衡状态时,根据本文建立的弹性模型发现,由二维机身弹性引起的攻角变化很小。
【关键词】：多变量拟合 大攻角气动建模 分支分析 非线性系统 MATCONT 高超声速 机翼摇晃
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 非定常气动力实验发展9-10
• 1.3 非定常气动力建模10-12
• 1.3.1 代数模型10-11
• 1.3.2 微分和积分模型11
• 1.3.3 模糊控制和神经网络11-12
• 1.3.4 多变量正交多项式拟合12
• 1.4 非线性动力学特性分析12-13
• 1.5 本文的主要工作13-16
• 第二章 多变量正交多项式在气动建模上的应用16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 单变量最小二乘数据拟合16-17
• 2.3 多变量正交多项式拟合17-20
• 2.3.1 多变量正交拟合原理17-18
• 2.3.2 正交基函数18
• 2.3.3 模型结构确定准则18-20
• 2.4 数学算例20-22
• 2.5 气动建模实例22-26
• 2.6 小结26-28
• 第三章 大攻角非定常气动力多项式建模28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 传统的代数多项式模型28-30
• 3.2.1 模型结构28-29
• 3.2.2 最小二乘法参数辨识29-30
• 3.3 基于多变量非线性数据拟合模型30-31
• 3.4 纵向非定常气动力建模算例31-38
• 3.5 偏航非定常气动力建模算例38-40
• 3.6 俯仰与偏航耦合非定常气动力建模算例40-43
• 3.7 小结43-44
• 第四章 非线性动力学特性分析44-66
• 4.1 引言44
• 4.2 飞行器动力学模型44-49
• 4.2.1 绕质心运动的动力学方程45-46
• 4.2.2 绕质心转动的动力学方程46-49
• 4.3 分支分析和突变理论方法介绍49-51
• 4.3.1 平衡解与周期解49-50
• 4.3.2 平衡解与周期解的稳定性50
• 4.3.3 分支与突变50-51
• 4.3.4 数值算法51
• 4.4 扩展分支分析方法51-52
• 4.5 机翼摇晃开环分支分析52-60
• 4.6 某飞行器纵向非线性动力学特性分析60-64
• 4.6.1 推力对纵向动态特性的影响62-63
• 4.6.2 质心对纵向动态特性的影响63-64
• 4.7 小结64-66
• 第五章 高超声速飞行器非线性动力学特性分析66-82
• 5.1 引言66
• 5.2 二维几何外形66-67
• 5.3 气动力和推力理论算法67-74
• 5.3.1 机体前部气动力计算67-70
• 5.3.2 推力模型70-72
• 5.3.3 机体尾部气动力计算72-73
• 5.3.4 控制舵偏73-74
• 5.4 弹性模型74-77
• 5.5 纵向刚体-弹性动力学模型77-78
• 5.6 非线性动力学特性分析78-81
• 5.7 小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 工作总结82-83
• 6.2 主要创新点83
• 6.3 有待进一步研究的工作83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 唐硕;祝强军;;吸气式高超声速飞行器动力学建模研究进展[J];力学进展;2011年02期

2 沈宏良;陈永亮;刘昶;;扩展分支分析方法在飞行动力学中的应用[J];飞行力学;2008年02期

3 杜希奇;卜忱;于彦泽;郑鑫杰;王学俭;;低速风洞旋转流场下滚转振荡动导数试验技术研究[J];实验流体力学;2005年04期

4 王海涛,高金源;基于混合遗传算法求解飞机平衡状态[J];航空学报;2005年04期

5 李耀辉,刘保军;非线性代数方程组实根求解研究现状综述[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2004年03期

6 汪清,何开锋,钱炜祺,毛仲君;飞机大攻角空间机动气动力建模研究[J];航空学报;2004年05期

7 王大海,苏彬,王忠俊;飞机的全局稳定性分析和非线性控制[J];空气动力学学报;2002年02期

8 黎康,方振平;某型飞机非线性动力学特性的分叉分析[J];飞行力学;2002年02期

9 沈宏良,刘昶;飞机平衡状态的优化计算方法[J];飞行力学;2001年04期

10 汪清,蔡金狮;飞机大攻角非定常气动力建模与辨识[J];航空学报;1996年04期

，

本文编号：718623