柔性翼仿生飞行器的动力学建模与阵风减缓控制方法研究
发布时间：2020-12-27 18:57
柔性翼仿生弹药是一种具有柔性机翼结构的微小型固定翼飞行器,其能够在复杂环境中使用,能够对目标进行抵近侦察和攻击,是一种新概念无人作战系统。本文以柔性翼仿生弹药项目为课题背景,将微小型柔性翼飞行器作为本文的研究对象。由于柔性翼飞行器具有速度低、尺度小、质量惯量小等特点,其会面临飞行稳定性不理想、抗阵风能力弱的问题。本文基于柔性机翼的主动与被动结构变形研究了抗阵风扰动的控制方法,完成了对动力学建模与仿真方法的研究,并开发研制了柔性翼仿生飞行器。本文旨在为柔性翼仿生弹药发展奠定理论与技术基础。本文的主要工作包括:首先,研究了动力学建模方法。针对柔性翼飞行器的刚柔耦合运动以气动耦合关系为主的特点,在柔性机翼准定常气动弹性模型基础上,建立了柔性翼飞行器的线性化动力学模型。进一步根据柔性翼弹性模态频率明显高于飞行器短周期运动频率的特点,利用飞行状态与机翼结构变形慢时变分量间的准定常气动耦合关系,对动力学模型进行降阶,得到了低阶线性化动力学模型。此模型描述了柔性翼飞行器刚柔耦合运动的主要特征,降低了阵风减缓控制器的设计难度,提高了控制器的控制精度。其次,提出了刚柔耦合运动的时域仿真方法,为阵风响应与...
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
燕子尾翼外侧的一根特殊构型的主羽可以起到突风减缓的作用[125]
为 PFDA-40 模型，其柔性翼弹性轴远离前缘、位于 40%的弦长差异是柔性翼的气动弹性特征，即：PFDA-20 模型，其机翼结构是负相关，即气动载荷变化量引起的机翼结构变形有使气动载荷FDA-40 模型，其机翼结构变形与气动载荷之间是正相关，即气机翼结构变形有使气动载荷变化量继续增大的趋势。除了机翼模型和 PFDA-40 模型具有完全相同的其它各项参数。表 3.1 以 P出了 PFDA 模型的各项参数。以 PFDA-20 模型和 PFDA-40 模型为仿真对象，对比分析了两个响应的差异。根据仿真结果，讨论了柔性翼的被动气动弹性变形了线性化动力学模型的约束条件和动力学模型简化方法的合理模型的动态响应具有可对比性，仿真中的 PFDA-20 模型和 PFDA俯仰角误差反馈控制器，控制器有相同的反馈增益系数。但是，在平衡状态下的结构弹性变形不同，所以两个模型的初始配平状
北京理工大学博士学位论文行器的速度方向。离散突风模型采用(1 )形式，离散突风个突风的作用时间为 1 秒。飞行器弹性体运动的动态响应-20 模型，其机翼结构变形与气动载荷之间是负相关；PFDA-40形与气动载荷之间是正相关，因此如图 3.7 所示，两个模型的机，PFDA-40 模型的机翼负扭转变形会减小机翼的攻角。机翼在 0变形的过程，这是在仿真的初始时刻机翼是设定在没有结构变形，气动载荷和刚柔耦合影响对机翼形成突变的载荷，使机翼结构到平衡的结构变形状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗阵风载荷的小型无人飞行器设计及相关风洞舵效比较[J]. 刘斌,刘沛清. 应用力学学报. 2011(06)
[2]考虑刚体/弹性耦合的飞机动稳定性研究[J]. 曹奇凯,曾惠华,柏楠. 飞行力学. 2011(04)
[3]柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性[J]. 张健,向锦武. 航空学报. 2011(09)
[4]柔性-刚性混合翼微型飞行器研究[J]. 李占科,徐顶国,牛文. 西北工业大学学报. 2010(05)
[5]航天器姿态调整时的变结构控制与振动抑制方法[J]. 陈涛,胡超,黄文虎. 宇航学报. 2007(05)
[6]柔性翼微型飞行器的稳定特性[J]. 王劲东,周兆英,朱荣,宋宇宁. 清华大学学报(自然科学版). 2006(11)
[7]一种新型微型杆式超声电机及其驱动原理(英文)[J]. 朱华,董迎晖,马相林,赵淳生. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2006(01)
[8]弹性飞行器飞行载荷与动态特性分析(英文)[J]. 吴志刚,杨超. Chinese Journal of Aeronautics. 2004(01)
[9]利用N-S方程模拟机翼气动弹性的一种计算方法[J]. 叶正寅,王刚,杨永年,杨炳渊. 计算物理. 2001(05)
[10]非线性跟踪─微分器[J]. 韩京清,王伟. 系统科学与数学. 1994(02)
本文编号：2942299
【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
燕子尾翼外侧的一根特殊构型的主羽可以起到突风减缓的作用[125]
为 PFDA-40 模型，其柔性翼弹性轴远离前缘、位于 40%的弦长差异是柔性翼的气动弹性特征，即：PFDA-20 模型，其机翼结构是负相关，即气动载荷变化量引起的机翼结构变形有使气动载荷FDA-40 模型，其机翼结构变形与气动载荷之间是正相关，即气机翼结构变形有使气动载荷变化量继续增大的趋势。除了机翼模型和 PFDA-40 模型具有完全相同的其它各项参数。表 3.1 以 P出了 PFDA 模型的各项参数。以 PFDA-20 模型和 PFDA-40 模型为仿真对象，对比分析了两个响应的差异。根据仿真结果，讨论了柔性翼的被动气动弹性变形了线性化动力学模型的约束条件和动力学模型简化方法的合理模型的动态响应具有可对比性，仿真中的 PFDA-20 模型和 PFDA俯仰角误差反馈控制器，控制器有相同的反馈增益系数。但是，在平衡状态下的结构弹性变形不同，所以两个模型的初始配平状
北京理工大学博士学位论文行器的速度方向。离散突风模型采用(1 )形式，离散突风个突风的作用时间为 1 秒。飞行器弹性体运动的动态响应-20 模型，其机翼结构变形与气动载荷之间是负相关；PFDA-40形与气动载荷之间是正相关，因此如图 3.7 所示，两个模型的机，PFDA-40 模型的机翼负扭转变形会减小机翼的攻角。机翼在 0变形的过程，这是在仿真的初始时刻机翼是设定在没有结构变形，气动载荷和刚柔耦合影响对机翼形成突变的载荷，使机翼结构到平衡的结构变形状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗阵风载荷的小型无人飞行器设计及相关风洞舵效比较[J]. 刘斌,刘沛清. 应用力学学报. 2011(06)
[2]考虑刚体/弹性耦合的飞机动稳定性研究[J]. 曹奇凯,曾惠华,柏楠. 飞行力学. 2011(04)
[3]柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性[J]. 张健,向锦武. 航空学报. 2011(09)
[4]柔性-刚性混合翼微型飞行器研究[J]. 李占科,徐顶国,牛文. 西北工业大学学报. 2010(05)
[5]航天器姿态调整时的变结构控制与振动抑制方法[J]. 陈涛,胡超,黄文虎. 宇航学报. 2007(05)
[6]柔性翼微型飞行器的稳定特性[J]. 王劲东,周兆英,朱荣,宋宇宁. 清华大学学报(自然科学版). 2006(11)
[7]一种新型微型杆式超声电机及其驱动原理(英文)[J]. 朱华,董迎晖,马相林,赵淳生. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2006(01)
[8]弹性飞行器飞行载荷与动态特性分析(英文)[J]. 吴志刚,杨超. Chinese Journal of Aeronautics. 2004(01)
[9]利用N-S方程模拟机翼气动弹性的一种计算方法[J]. 叶正寅,王刚,杨永年,杨炳渊. 计算物理. 2001(05)
[10]非线性跟踪─微分器[J]. 韩京清,王伟. 系统科学与数学. 1994(02)
本文编号：2942299
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