[發明專利]單滑塊滾噴模式變質心飛行器模型及其結構布局參數的設計方法

有效

• 申請號: 201510330082.0
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104881553B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 高長生;李澗青;魏鵬鑫;荊武興
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

1.單滑塊滾噴模式變質心飛行器模型，包括兩個固定翼(Ⅰ)、彈體(Ⅱ)和滾噴發動機(Ⅲ)，兩個固定翼(Ⅰ)對稱設置在彈體(Ⅱ)的兩側；其特征在于所述飛行器模型還包括彈體(Ⅱ)內部的活動體(Ⅳ)；活動體(Ⅳ)為錐形體，活動體(Ⅳ)的錐形體尖部與彈體(Ⅱ)頭部通過活動連接點O₁連接；彈體(Ⅱ)尾部設有導軌(Ⅴ)，活動體(Ⅳ)的錐形體根部與彈體(Ⅱ)尾部的導軌(Ⅴ)的O₂點滑動連接；其中導軌(Ⅴ)上的O₂點在伺服力的作用下沿與彈體(Ⅱ)固連的導軌(Ⅴ)繞O₁做相對運動。

2.一種針對權利要求1所述飛行器模型的單滑塊滾噴模式變質心飛行器的結構布局參數的設計方法，其特征在于所述方法包括下述步驟：

步驟一：設計飛行器的動力學模型：

設飛行器的質心為s，彈體(Ⅱ)的質心為b，活動體(Ⅳ)的質心為p；下述系統均指代變質心飛行器；飛行器的動力學模型如下：

其中：

M_fj＝-J′_P(ω_B/I+ω_P/B)，

J′_P＝ω_P/B×J_P-J_P×ω_P/B；

I_B和I_P分別表示彈體和活動體繞O₁的慣性張量在彈體坐標系下三個軸上的投影；m_P、m_B和m_S分別為活動體質量，彈體質量和系統質量；μ_P＝m_P/m_S為活動體的質量比，μ_B＝m_B/m_S為彈體的質量比；和分別表示活動體質心p和彈體質心b相對O₁點的位置矢量；系統質心s相對O₁點的位置矢量為ω_B/I、ω_P/I和ω_P/B分別表示彈體和活動體相對慣性坐標系的轉動角速度矢量以及活動體相對彈體的轉動角速度；r_sb×F_aero為彈體受到的附加氣動力矩；作用在變質心飛行器上的空氣動力表示為F_aero；M_B為空氣動力對彈體質心產生的氣動力矩；

變質心飛行器的滾轉運動是通過尾部的滾噴發動機實現的，噴氣力矩在彈體坐標系下表示為：

其中，F_C為噴氣推力大小，R為噴氣推力方向與飛行器縱軸的垂直距離；

彈體坐標系繞O₁z_b軸逆時針轉動角度δ得到活動體固連坐標系，對應的轉換矩陣為C_PB；

步驟二：根據動力學方程確定單滑塊滾噴模式的變質心飛行器的穩定區域，確定活動體(Ⅳ)的質心參數和質量參數；設計選取合理的μ_P和Δ_BP使得不等式μ_PΔ_BP＞x_B-x_Q成立；其中，μ_P為活動體(Ⅳ)的質量比，Δ_BP為活動體(Ⅳ)質心和彈體(Ⅱ)質心的距離差，x_B和x_Q分別表示彈體(Ⅱ)質心和壓心到飛行器頭部的距離；

步驟三：根據線性化得到的俯仰通道動力學方程確定活動體(Ⅳ)的控制性能，得到配平攻角與活動體(Ⅳ)參數的關系表達式，從而確定活動體(Ⅳ)參數對控制性能的影響能力；設計合理的μ_P改變活動體(Ⅳ)的結構參數，設計合理的Δ_BP來改變彈體(Ⅱ)的靜穩定性；進而改變系統的靜穩定裕度，獲得不同的配平攻角，得到不同的穩態控制性能；

步驟四：確定俯仰通道的控制回路開環傳遞函數，根據該傳遞函數確定活動體(Ⅳ)參數對動態性能的影響，從而優化合理的活動體(Ⅳ)參數；設計合理的μ_P解算出不同的零極點，進而控制飛行器的動態性能。