[發明專利]一種變體飛行器的動力學建模與分析方法

有效

• 申請號: 201310562548.0
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103593524A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 吳森堂;張杰;邢智慧;吳曉龍;賈翔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種變體飛行器的動力學建模與分析方法，其特征在于：包括變體飛行器的動力學建模方法與變體運動對變體飛行器動力學特性影響的分析方法兩部分內容。

2.根據權利要求1所述的一種變體飛行器的動力學建模與分析方法，其特征在于：所述的變體飛行器的動力學建模方法包括如下步驟，

第一步，對變體飛行器的物理模型進行簡化；

假設整個變體飛行器由五個部分組成：機身、左翼內側、左翼外側、右翼內側以及右翼外側，每個部分簡化為一個獨立剛體，質量分別為m_b、m₁、m₂、m₁、m₂，變體飛行器的總質量為m_t；機身簡化為均質柱體，截面半徑為R，長度為l₀，質心為點C_b；所述左翼內側、左翼外側、右翼內側以及右翼外側都簡化為均質細桿，并且所述左翼內側與左翼外側之間、右翼內側與右翼外側之間的連接關系為沿桿長度方向的滑動連接；所述左翼內側與機身之間、右翼內側與機身之間的連接關系均為轉動連接，轉動軸分別位于為點A和點B；

第二步，坐標系定義；

O_gx_gy_gz_g為地面坐標系，假設為慣性系，z_g軸垂直向下指向地心；

Ox_by_bz_b為與機身固連的機體坐標系，以點A、點B連線的中點O為機體坐標系的坐標原點，x_b軸在變體飛行器對稱平面內并平行于變體飛行器的軸線指向機頭，x_b軸為機身的中心慣量主軸，y_b軸垂直于變體飛行器對稱平面指向機身右方，z_b軸在變體飛行器的對稱平面內與x_b軸垂直并指向機身下方；

坐標系C_bx₁y₁z₁以機身質心C_b為原點，坐標軸x₁y₁z₁方向與坐標系Ox_by_bz_b的相應坐標軸x_by_bz_b方向一致；

O₂x₂y₂z₂以左翼內側的質心O₂為原點，通過把Ox_by_bz_b繞z_b軸轉-θ₁角得到，x₂y₂z₂軸分別對應旋轉后的x_by_bz_b軸；O₃x₃y₃z₃以左翼外側的質心O₃為原點，x₃y₃z₃軸的方向與O₂x₂y₂z₂各相應軸的方向相同；同理得以右翼內側的質心O₄為原點的坐標系O₄x₄y₄z₄，以右翼外側的質心O₅為原點的坐標系O₅x₅y₅z₅；

第三步，變形運動的約束方程表示；

對于一個給定的變形過程，利用一組約束方程進行表示：

X＝f(X_r,t)???(1)

式中：X為狀態向量，表示機翼變形運動的各個狀態參數，所述狀態參數包括機翼的可變形參數Δ₁、Δ₂、θ₁、θ₂的大小以及其變化的速度和加速度；X_r為各狀態參數的給定值向量，t為時間；

第四步，廣義坐標與廣義速率的選取；

取機身的六個自由度作為變體飛行器的自由度；

選取機身上O點在地面坐標系中的坐標x、y、z以及機體坐標系Ox_by_bz_b相對于地面坐標系O_gx_gy_gz_g的俯仰角θ、滾轉角偏航角ψ六個變量作為變體飛行器系統的廣義坐標；選取O點在地面坐標系O_gx_gy_gz_g中平移運動的速度V在機體坐標系坐標軸x_b、y_b、z_b上的分量u、v、w，以及機體坐標系相對于地面坐標系轉動運動的角速度ω在機體坐標系坐標軸x_b、y_b、z_b上的分量p、q、r這六個變量作為變體飛行器系統的廣義速率u_k；

第五步，構造凱恩方程；

凱恩方程在慣性參考系里的表達式為：

F~k+F~k*=0(k=1,...,f)---(2)]]>

式中：和分別為廣義速率u_k所對應的廣義主動力和廣義慣性力，f為相應系統的自由度數，且有：

F~k=Σi=1N[Fi·vci(k)+Mi·ωi(k)]---(3)]]>

F~k*=Σi=1N[Fi*·vci(k)+Mi*·ωi(k)]---(4)]]>

式中：N為相應系統的剛體數量；稱為剛體i的第k質心偏速度；稱為剛體i的第k偏角速度；F_i和M_i分別為作用在剛體i上的主動力的主矢和相對質心的主矩；和分別為剛體i的慣性力主矢和相對質心的主矩。