大柔性飛行器結(jié)構(gòu)與飛行動力學建模及未建模分析.pdf

1、近年來高空長航時無人偵察機、太陽能飛機受到越來越多的重視，然而結(jié)構(gòu)重量的限制導致這類飛機機翼的柔性較大，致使飛機在飛行中容易發(fā)生大幅度彈性變形，這種變形對飛機的飛行動力學特性的影響很大，而基于線性、小變形假設(shè)推導的傳統(tǒng)模型已不適用，因此迫切需要為這種飛機建立能包含多學科通用的模型。此外，真實的大柔性飛行器動力學系統(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力學建模、運動特性、不確定性建模以

2、及模型確認問題展開研究。
　　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)合準定常氣動力模型，采用有限元方法對其進行離散，其動能、勢能及合外力所對應的廣義力分別被推導出，然后利用Lagrange方程建立大展弦比柔性飛機的飛行動力學模型；其次，提出一套配平理論，并采用廣義α法對模型進行求解，以帶有吊艙/有效載荷外掛的飛翼式柔性飛機為算例，對大柔性飛機動穩(wěn)定性、時域響應特性、“動力剛化”現(xiàn)象以及有限單元的數(shù)目對系統(tǒng)的影響進行

3、了研究；最后，采用平衡實現(xiàn)和最小狀態(tài)法對模型進行降階處理，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)飛機結(jié)構(gòu)/空氣/飛行動力學等多學科之間相互影響的非線性飛行動力學特性；柔性機翼下方外掛在一定程度上能改善機翼的抗變形能力，還影響飛行器的動力學特性，改善/影響程度與外掛位