大柔性飛行器結(jié)構(gòu)與飛行動(dòng)力學(xué)建模及未建模分析.pdf

1、近年來高空長航時(shí)無人偵察機(jī)、太陽能飛機(jī)受到越來越多的重視，然而結(jié)構(gòu)重量的限制導(dǎo)致這類飛機(jī)機(jī)翼的柔性較大，致使飛機(jī)在飛行中容易發(fā)生大幅度彈性變形，這種變形對飛機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)特性的影響很大，而基于線性、小變形假設(shè)推導(dǎo)的傳統(tǒng)模型已不適用，因此迫切需要為這種飛機(jī)建立能包含多學(xué)科通用的模型。此外，真實(shí)的大柔性飛行器動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是特別繁雜的，并且系統(tǒng)中包含許多不確定性成分。本文以大柔性飛行器為對象，針對此類飛行器的動(dòng)力學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)特性、不確定性建模以

2、及模型確認(rèn)問題展開研究。
　　首先，在精確描述空間柔性懸臂梁的非線性結(jié)構(gòu)變形基礎(chǔ)上結(jié)合準(zhǔn)定常氣動(dòng)力模型，采用有限元方法對其進(jìn)行離散，其動(dòng)能、勢能及合外力所對應(yīng)的廣義力分別被推導(dǎo)出，然后利用Lagrange方程建立大展弦比柔性飛機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)模型；其次，提出一套配平理論，并采用廣義α法對模型進(jìn)行求解，以帶有吊艙/有效載荷外掛的飛翼式柔性飛機(jī)為算例，對大柔性飛機(jī)動(dòng)穩(wěn)定性、時(shí)域響應(yīng)特性、“動(dòng)力剛化”現(xiàn)象以及有限單元的數(shù)目對系統(tǒng)的影響進(jìn)行

3、了研究；最后，采用平衡實(shí)現(xiàn)和最小狀態(tài)法對模型進(jìn)行降階處理，并以此為基礎(chǔ)，用魯棒穩(wěn)定性定理對不確定VFA系統(tǒng)進(jìn)行分析，隨后使用矩陣插值理論對不確定系統(tǒng)模型管用性做判斷。
　　本文研究結(jié)果表明：本文模型不僅充分反映了所有自由度間的交叉耦合特性，而且更全面的從本質(zhì)上體現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)/空氣/飛行動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科之間相互影響的非線性飛行動(dòng)力學(xué)特性；柔性機(jī)翼下方外掛在一定程度上能改善機(jī)翼的抗變形能力，還影響飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，改善/影響程度與外掛位