[發明專利]一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法

有效

• 申請號: 202011064970.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112180728B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 董然;楊軍;溫馨;周心怡;申耀龍;王嘯楓;孫巖
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、首先以固定翼艦載機著艦前的等角下降階段為研究對象，根據設定的艦載機基準運動狀態建立力平衡和力矩平衡方程；

步驟2、根據Matlab軟件trim函數的調用規則以及步驟1所建立的力平衡和力矩平衡方程，構建Simulink模型，并指定該Simulink模型的輸入量、輸出量和狀態量；

步驟3、針對步驟2所構建的Simulink模型，調用Matlab軟件的trim函數實現對艦載機著艦運動配平，得到艦載機著艦運動的平衡點；

步驟4、然后建立能描述艦載機著艦前等角下降階段縱向運動的方程；

在步驟4中，所述縱向運動方程建立在僅考慮艦載機的縱向運動且不考慮大氣擾動的情況，具體表達式為：

式中，v_I、γ和h分別表示艦載機地速、航跡角和高度；m為艦載機質量；g為重力加速度；α、θ和q分別表示艦載機迎角、俯仰角和俯仰角速度；L、D、M分別表示艦載機所受氣動升力、阻力和俯仰力矩；P表示艦載機發動機推力，推力作用方向沿機體縱軸，推力安裝角與偏心距均為零；I_y表示俯仰慣性矩；

公式(5)的前兩式為建立在航跡坐標系下的艦載機質心平動動力學方程；第3式為歐拉動力學方程；第4、5式分別為艦載機質心轉動和平動運動學方程；最后的式子給出α、θ和γ之間的數學關系；

步驟5、根據Matlab軟件linmod函數的調用規則以及步驟4建立的艦載機縱向運動方程，構建另一Simulink模型；

步驟5所述的另一Simulink模型是根據公式(5)建立的，即：

其狀態量為x＝[v_I,α,q,θ,h]^T，同時也是輸出量y；輸入量為δ_e、δ_c和P；此外，該另一Simulink模型中用到部分變量的基準值包括：v_I*＝70m/s，γ_*＝-3.5°，θ_*＝4.6°，α_*＝8.1°；q和h的積分初值分別取0和200；

步驟6、利用步驟3得到的配平結果，針對步驟5構建的另一Simulink模型，調用Matlab軟件的linmod函數，可得到狀態空間方程的系數矩陣；

步驟6中調用Matlab軟件的linmod函數的過程為：

所述linmod函數的調用格式為：[A,B,C,D]＝linmod(‘sys2’,x_trim,u_trim)；其中，sys2為步驟5構建的另一Simulink模型的名稱；x_trim為該另一Simulink模型的狀態量在艦載機基準運動狀態的取值，即：

u_trim取步驟3得到的配平結果，即u_trim＝[1.0978,-20.1847,28208.04]；

調用linmod函數后，得到狀態空間方程的系數矩陣A～D，其中矩陣C為5階單位陣，矩陣D為5×3維的零矩陣，矩陣A和矩陣B具體為：

步驟7、根據艦載機著艦階段的發動機工作特性，獲得發動機推力與油門開度的比值，將步驟6中得到的狀態空間方程系數矩陣B的第3列元素同乘該比值，得到艦載機著艦縱向運動線性模型。

2.根據權利要求1所述艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法，其特征在于，在步驟1中，所設定的艦載機基準運動狀態為艦載機在平靜大氣環境中，在鉛垂面內以-3.5°航跡角、8.1°迎角、70m/s恒速的穩態直線飛行狀態。