[發明專利]基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法

在審

• 申請號: 201810310582.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108595790A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王玉惠;馮星凱;吳慶憲;張曉輝;陳謀;侯思遠;李云鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立高超聲速飛行器姿態動態方程；

(2)針對高超聲速飛行器飛行特點，提出基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法；

(3)將步驟(2)給出的基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法應用于步驟(1)建立的高超聲速飛行器姿態動態方程，得出狀態與輸入之間的動態耦合關系；

(4)利用步驟(3)得出的姿態模型中狀態與輸入之間的動態耦合關系，設計高超聲速飛行器姿態協調控制器。

2.如權利要求1所述的基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，其特征在于，步驟(1)中建立的高超聲速飛行器姿態動態方程如下：

其中Ω＝[α,β,μ]^T,α,β,μ分別為攻角、側滑角和滾轉角；ω＝[p,q,r]^T,p,q,r分別為滾轉角速率、俯仰角速率和偏航角速率；δ＝[δ_e,δ_a,δ_r]^T,δ_e,δ_a,δ_r分別為升降舵、副翼舵和方向舵的舵偏角，參數陣g_ω,g_Ω,g_δ,A_Ω,B_δ,f_ω的具體表達式如下：

其中V為飛行器速度，M為高超聲速飛行器的質量，g為重力加速度，其大小與飛行高度有關；I_xx，I_yy，I_zz為沿x，y，z軸的轉動慣量；為動壓；S為機翼參考面積；c為平均氣動弦長；X_cg為質心到參考力矩中心的距離；

飛行器的氣動系數多為馬赫數、攻角和氣動舵的函數，其具體含義如下：為基本側力系數；分別為升降舵、副翼舵和方向舵引起的側力增量系數；分別為升降舵、副翼舵和方向舵引起的阻力增量系數；分別為升降舵和副翼舵引起的升力增量系數；為基本滾轉力矩系數分別為升降舵、副翼舵和方向舵引起的滾轉力矩增量系數；分別為升降舵、副翼舵和方向舵引起的俯仰力矩增量系數；分別為升降舵、副翼舵和方向舵引起的偏航力矩增量系數。

3.如權利要求1所述的基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，其特征在于，步驟(2)中，針對高超聲速飛行器飛行特點，闡述動態耦合關系原理，提出基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，具體如下：

定義系統狀態變量x＝[Ω ω]^T，輸入變量u＝δ，則步驟(1)中建立的高超聲速飛行器姿態動態方程(1)還可表示為

基于非線性理論和飛行器的動態模型，借鑒Jacobian矩陣的思想，各狀態變量之間，即α,β,μ,p,q,r狀態變量之間的動態耦合矩陣可定義為

同理，變量x與輸入變量u之間，即α,β,μ,p,q,r與δ_e,δ_a,δ_r之間的動態耦合矩陣可定義為

動態耦合矩陣(3)和(4)是系統非線性函數F(x,u)關于狀態變量x和輸入u的Jacobian矩陣。