[發(fā)明專利]一種后緣舵滑翔飛行器的彈性運動建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410602382.5
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105629725B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁銳知;高慶;張皓;盧鳳翎;梁德利;楊巍;王建濱;王驍峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所;中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

1.一種后緣舵滑翔飛行器的彈性運動建模方法，其特征在于：包括如下步驟：(1)利用模態(tài)正交性把彈體橫向自由振動轉(zhuǎn)化為各個相互獨立的主振動的疊加；(2)根據(jù)線性小擾動假設(shè)，在外力作用下，彈體的橫向振動用模態(tài)疊加來描述，振型函數(shù)由彈體剛度和質(zhì)量分布、彈體的邊界條件確定；(3)根據(jù)達朗伯原理建立振動微分方程；(4)分析影響滑翔飛行器彈性振動的外力：包括氣動力，舵面控制力，姿態(tài)噴管控制力以及舵面擺動的慣性力；

所述的步驟(1)具體為：利用模態(tài)正交性把彈體橫向自由振動轉(zhuǎn)化為各個相互獨立的主振動的疊加，即設(shè)

W_i(X)即彈體彈性的第i次固有振型函數(shù)，Φ＝[W₁(X),W₂(X),…,W_n(X)]，q_i(t)為第i次固有振型對應(yīng)的廣義坐標；

所述的步驟(3)具體為：根據(jù)達朗伯原理建立振動微分方程為：

把式(1)代入式(2)，并前乘Φ^T得

式中，M_p＝Φ^TMΦ，C_p＝Φ^TCΦ，K_p＝Φ^TKΦ分別為廣義模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)剛度矩陣，都為對角矩陣，F(xiàn)_p＝Φ^Tf為廣義力陣，

式(3)寫成

其中ω_i——第i次振型的固有頻率；

ξ_i——第i次振型的阻尼系數(shù)；

F_i——對應(yīng)第i次振型的廣義力；

M_i——對應(yīng)第i次振型的廣義質(zhì)量；

且有

式中是沿彈體縱軸受到的外力在彈體坐標系軸Y₁上的投影；m(X)是沿彈體縱軸的彈體質(zhì)量分布；l_K為飛行器縱軸總長度；ω_i、ξ_i和W_i(X)是系統(tǒng)的固有屬性，由數(shù)值方法求得并通過模態(tài)試驗校驗；

所述的步驟(4)具體為：對于俯仰通道，在彈體變形情況下，氣動力沿縱軸各點局部攻角不同，氣動力須看作沿縱軸的分布力，除彈體氣動力外，其它外力都作用在彈體的某一位置上，是集中力；

影響彈體分布氣動力的飛行姿態(tài)擾動包括攻角擾動Δα、俯仰角速度擾動舵偏角擾動角速度擾動及角加速度擾動將引起舵面控制力、擺動慣性力變化；姿控動力發(fā)動機的啟用與關(guān)閉也產(chǎn)生控制力擾動；

用D_1i和D_2i分別表征與俯仰角速度擾動和攻角小擾動Δα成比例的廣義氣動力對第i次振型振動的影響；根據(jù)廣義力定義和氣動力計算方法推導(dǎo)出D_1i和D_2i的表達式(7)和(8)：

式中q——飛行動壓；V——飛行速度；

S_M——飛行器參考面積；

l_K——飛行器縱軸總長度；

——沿彈體縱軸分布的局部法向升力系數(shù)(單位：/°)；

x_Z——飛行器質(zhì)心距彈頭頂點的距離；

W_i(x_n)——x_n處對應(yīng)的第i次振型。