柔性翼仿生飛行器的動力學建模與陣風減緩控制方法研究
發(fā)布時間:2020-12-27 18:57
柔性翼仿生彈藥是一種具有柔性機翼結(jié)構(gòu)的微小型固定翼飛行器,其能夠在復雜環(huán)境中使用,能夠?qū)δ繕诉M行抵近偵察和攻擊,是一種新概念無人作戰(zhàn)系統(tǒng)。本文以柔性翼仿生彈藥項目為課題背景,將微小型柔性翼飛行器作為本文的研究對象。由于柔性翼飛行器具有速度低、尺度小、質(zhì)量慣量小等特點,其會面臨飛行穩(wěn)定性不理想、抗陣風能力弱的問題。本文基于柔性機翼的主動與被動結(jié)構(gòu)變形研究了抗陣風擾動的控制方法,完成了對動力學建模與仿真方法的研究,并開發(fā)研制了柔性翼仿生飛行器。本文旨在為柔性翼仿生彈藥發(fā)展奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。本文的主要工作包括:首先,研究了動力學建模方法。針對柔性翼飛行器的剛?cè)狁詈线\動以氣動耦合關(guān)系為主的特點,在柔性機翼準定常氣動彈性模型基礎(chǔ)上,建立了柔性翼飛行器的線性化動力學模型。進一步根據(jù)柔性翼彈性模態(tài)頻率明顯高于飛行器短周期運動頻率的特點,利用飛行狀態(tài)與機翼結(jié)構(gòu)變形慢時變分量間的準定常氣動耦合關(guān)系,對動力學模型進行降階,得到了低階線性化動力學模型。此模型描述了柔性翼飛行器剛?cè)狁詈线\動的主要特征,降低了陣風減緩控制器的設(shè)計難度,提高了控制器的控制精度。其次,提出了剛?cè)狁詈线\動的時域仿真方法,為陣風響應(yīng)與...
【文章來源】:北京理工大學北京市 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:136 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
燕子尾翼外側(cè)的一根特殊構(gòu)型的主羽可以起到突風減緩的作用[125]
為 PFDA-40 模型,其柔性翼彈性軸遠離前緣、位于 40%的弦長差異是柔性翼的氣動彈性特征,即:PFDA-20 模型,其機翼結(jié)構(gòu)是負相關(guān),即氣動載荷變化量引起的機翼結(jié)構(gòu)變形有使氣動載荷FDA-40 模型,其機翼結(jié)構(gòu)變形與氣動載荷之間是正相關(guān),即氣機翼結(jié)構(gòu)變形有使氣動載荷變化量繼續(xù)增大的趨勢。除了機翼模型和 PFDA-40 模型具有完全相同的其它各項參數(shù)。表 3.1 以 P出了 PFDA 模型的各項參數(shù)。以 PFDA-20 模型和 PFDA-40 模型為仿真對象,對比分析了兩個響應(yīng)的差異。根據(jù)仿真結(jié)果,討論了柔性翼的被動氣動彈性變形了線性化動力學模型的約束條件和動力學模型簡化方法的合理模型的動態(tài)響應(yīng)具有可對比性,仿真中的 PFDA-20 模型和 PFDA俯仰角誤差反饋控制器,控制器有相同的反饋增益系數(shù)。但是,在平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)彈性變形不同,所以兩個模型的初始配平狀
北京理工大學博士學位論文行器的速度方向。離散突風模型采用(1 )形式,離散突風個突風的作用時間為 1 秒。飛行器彈性體運動的動態(tài)響應(yīng)-20 模型,其機翼結(jié)構(gòu)變形與氣動載荷之間是負相關(guān);PFDA-40形與氣動載荷之間是正相關(guān),因此如圖 3.7 所示,兩個模型的機,PFDA-40 模型的機翼負扭轉(zhuǎn)變形會減小機翼的攻角。機翼在 0變形的過程,這是在仿真的初始時刻機翼是設(shè)定在沒有結(jié)構(gòu)變形,氣動載荷和剛?cè)狁詈嫌绊憣C翼形成突變的載荷,使機翼結(jié)構(gòu)到平衡的結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]抗陣風載荷的小型無人飛行器設(shè)計及相關(guān)風洞舵效比較[J]. 劉斌,劉沛清. 應(yīng)用力學學報. 2011(06)
[2]考慮剛體/彈性耦合的飛機動穩(wěn)定性研究[J]. 曹奇凱,曾惠華,柏楠. 飛行力學. 2011(04)
[3]柔性飛機非線性氣動彈性與飛行動力學耦合靜、動態(tài)特性[J]. 張健,向錦武. 航空學報. 2011(09)
[4]柔性-剛性混合翼微型飛行器研究[J]. 李占科,徐頂國,牛文. 西北工業(yè)大學學報. 2010(05)
[5]航天器姿態(tài)調(diào)整時的變結(jié)構(gòu)控制與振動抑制方法[J]. 陳濤,胡超,黃文虎. 宇航學報. 2007(05)
[6]柔性翼微型飛行器的穩(wěn)定特性[J]. 王勁東,周兆英,朱榮,宋宇寧. 清華大學學報(自然科學版). 2006(11)
[7]一種新型微型桿式超聲電機及其驅(qū)動原理(英文)[J]. 朱華,董迎暉,馬相林,趙淳生. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2006(01)
[8]彈性飛行器飛行載荷與動態(tài)特性分析(英文)[J]. 吳志剛,楊超. Chinese Journal of Aeronautics. 2004(01)
[9]利用N-S方程模擬機翼氣動彈性的一種計算方法[J]. 葉正寅,王剛,楊永年,楊炳淵. 計算物理. 2001(05)
[10]非線性跟蹤─微分器[J]. 韓京清,王偉. 系統(tǒng)科學與數(shù)學. 1994(02)
本文編號:2942299
【文章來源】:北京理工大學北京市 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:136 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
燕子尾翼外側(cè)的一根特殊構(gòu)型的主羽可以起到突風減緩的作用[125]
為 PFDA-40 模型,其柔性翼彈性軸遠離前緣、位于 40%的弦長差異是柔性翼的氣動彈性特征,即:PFDA-20 模型,其機翼結(jié)構(gòu)是負相關(guān),即氣動載荷變化量引起的機翼結(jié)構(gòu)變形有使氣動載荷FDA-40 模型,其機翼結(jié)構(gòu)變形與氣動載荷之間是正相關(guān),即氣機翼結(jié)構(gòu)變形有使氣動載荷變化量繼續(xù)增大的趨勢。除了機翼模型和 PFDA-40 模型具有完全相同的其它各項參數(shù)。表 3.1 以 P出了 PFDA 模型的各項參數(shù)。以 PFDA-20 模型和 PFDA-40 模型為仿真對象,對比分析了兩個響應(yīng)的差異。根據(jù)仿真結(jié)果,討論了柔性翼的被動氣動彈性變形了線性化動力學模型的約束條件和動力學模型簡化方法的合理模型的動態(tài)響應(yīng)具有可對比性,仿真中的 PFDA-20 模型和 PFDA俯仰角誤差反饋控制器,控制器有相同的反饋增益系數(shù)。但是,在平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)彈性變形不同,所以兩個模型的初始配平狀
北京理工大學博士學位論文行器的速度方向。離散突風模型采用(1 )形式,離散突風個突風的作用時間為 1 秒。飛行器彈性體運動的動態(tài)響應(yīng)-20 模型,其機翼結(jié)構(gòu)變形與氣動載荷之間是負相關(guān);PFDA-40形與氣動載荷之間是正相關(guān),因此如圖 3.7 所示,兩個模型的機,PFDA-40 模型的機翼負扭轉(zhuǎn)變形會減小機翼的攻角。機翼在 0變形的過程,這是在仿真的初始時刻機翼是設(shè)定在沒有結(jié)構(gòu)變形,氣動載荷和剛?cè)狁詈嫌绊憣C翼形成突變的載荷,使機翼結(jié)構(gòu)到平衡的結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]抗陣風載荷的小型無人飛行器設(shè)計及相關(guān)風洞舵效比較[J]. 劉斌,劉沛清. 應(yīng)用力學學報. 2011(06)
[2]考慮剛體/彈性耦合的飛機動穩(wěn)定性研究[J]. 曹奇凱,曾惠華,柏楠. 飛行力學. 2011(04)
[3]柔性飛機非線性氣動彈性與飛行動力學耦合靜、動態(tài)特性[J]. 張健,向錦武. 航空學報. 2011(09)
[4]柔性-剛性混合翼微型飛行器研究[J]. 李占科,徐頂國,牛文. 西北工業(yè)大學學報. 2010(05)
[5]航天器姿態(tài)調(diào)整時的變結(jié)構(gòu)控制與振動抑制方法[J]. 陳濤,胡超,黃文虎. 宇航學報. 2007(05)
[6]柔性翼微型飛行器的穩(wěn)定特性[J]. 王勁東,周兆英,朱榮,宋宇寧. 清華大學學報(自然科學版). 2006(11)
[7]一種新型微型桿式超聲電機及其驅(qū)動原理(英文)[J]. 朱華,董迎暉,馬相林,趙淳生. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2006(01)
[8]彈性飛行器飛行載荷與動態(tài)特性分析(英文)[J]. 吳志剛,楊超. Chinese Journal of Aeronautics. 2004(01)
[9]利用N-S方程模擬機翼氣動彈性的一種計算方法[J]. 葉正寅,王剛,楊永年,楊炳淵. 計算物理. 2001(05)
[10]非線性跟蹤─微分器[J]. 韓京清,王偉. 系統(tǒng)科學與數(shù)學. 1994(02)
本文編號:2942299
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