飛艇的氣動(dòng)模型與線性運(yùn)動(dòng)特性分析.pdf

1、本文以飛艇為研究對(duì)象，在完成飛艇動(dòng)力學(xué)建模過(guò)程中，除了考慮重力、浮力、推力對(duì)飛艇的作用外，重點(diǎn)分析了俄羅斯、美國(guó)以及加拿大體系下的氣動(dòng)力模型，比較了不同氣動(dòng)力結(jié)果的差異，進(jìn)而討論不同氣動(dòng)力成份對(duì)飛艇動(dòng)態(tài)特性的影響。所進(jìn)行的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)飛艇動(dòng)力學(xué)模型的建立。本文基于空間運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系、坐標(biāo)變換矩陣以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，推導(dǎo)了飛艇運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)飛艇受到的重力、浮力、推力等進(jìn)行了分析和建模。
　　(

2、2)分析比較俄羅斯、美國(guó)、加拿大學(xué)者所采用的氣動(dòng)力估算方法。以俄羅斯現(xiàn)代飛艇技術(shù)一書中A-01飛艇作為研究對(duì)象，分析三種不同的氣動(dòng)力模型。根據(jù)俄羅斯飛艇動(dòng)力學(xué)，將飛艇的氣動(dòng)力分為無(wú)粘性氣動(dòng)力和粘性氣動(dòng)力，無(wú)粘性氣動(dòng)力表達(dá)式采用lamb的結(jié)果，粘性定常氣動(dòng)力表達(dá)式通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到。注意到不同國(guó)家所采用的坐標(biāo)系不同，通過(guò)坐標(biāo)變換的辦法將氣動(dòng)力結(jié)果統(tǒng)一在美國(guó)坐標(biāo)系下表示，得到了三種氣動(dòng)力表達(dá)式。比較結(jié)果表明，這些氣動(dòng)力模型均由粘性氣動(dòng)力的結(jié)果

3、和無(wú)粘流氣動(dòng)力的結(jié)果融合而成，但在處理細(xì)節(jié)上有所差異。美國(guó)學(xué)者認(rèn)為所有與角速度有關(guān)的非定常氣動(dòng)力均不存在;加拿大學(xué)者認(rèn)為穩(wěn)定力矩應(yīng)該同時(shí)包含有粘流中的穩(wěn)定力矩和無(wú)粘流中的Munk力矩;俄羅斯學(xué)者則認(rèn)為有粘性氣動(dòng)力表達(dá)式中已包含無(wú)粘性中的相同非定常氣動(dòng)力項(xiàng)。文中對(duì)這些觀點(diǎn)的合理性進(jìn)行了進(jìn)一步的討論。根據(jù)以上三種氣動(dòng)力分析思路，得到了美國(guó)坐標(biāo)系下三種不同的氣動(dòng)力結(jié)果，從而得到三種氣動(dòng)力模型下的飛艇六自由度動(dòng)力學(xué)方程。
　　(3)分析不

4、同氣動(dòng)力成分對(duì)飛艇動(dòng)態(tài)特性的影響。分別對(duì)三組不同氣動(dòng)力模型下的六自由度方程進(jìn)行小擾動(dòng)線性化。分別計(jì)算三組縱向和橫向狀態(tài)方程的特征根，采用模態(tài)分析法，比較不同氣動(dòng)力成分對(duì)飛艇運(yùn)動(dòng)模態(tài)穩(wěn)定性的影響，進(jìn)一步討論不同氣動(dòng)力觀點(diǎn)的合理性。同時(shí)也分析了飛艇橫向和縱向運(yùn)動(dòng)特性的差異，探討了飛艇結(jié)構(gòu)對(duì)飛艇運(yùn)動(dòng)特性的影響。相對(duì)于俄羅斯氣動(dòng)力模型來(lái)說(shuō)，美國(guó)氣動(dòng)力模型中沒(méi)有考慮氣動(dòng)力關(guān)于各角速度的阻尼項(xiàng)，因此在縱向運(yùn)動(dòng)中，缺少阻尼項(xiàng)導(dǎo)致飛艇擺動(dòng)模態(tài)無(wú)法收斂，