The invention relates to a modeling method for large flexible aircraft based on on-line identification, which comprises four parts: the establishment of unit mechanism model, the parameterization of unit model, the establishment of overall flight dynamics model and the realization of on-line identification. According to the fact that the wing of a large flexible aircraft will deform geometrically, the structural model of the flexible wing is established by using the nonlinear beam theory; the element structural model is obtained by discretizing the continuous vibration system; the aerodynamic model is established by using the unsteady aerodynamic theory according to the unsteady characteristics of the aerodynamic force; and the aerodynamic model is established by using the unsteady aerodynamic theory. The element aeroelastic mechanism model is obtained by introducing external forces such as gravity into the structure model; the element model is parameterized by choosing the appropriate sensor measurable quantity as the parameter according to the requirement, and the connection between the elements is realized by using the parameter; the whole dynamic model of the aircraft is established by using the multi-body dynamics theory; finally, the element model is established by using the multi-body dynamics theory. The real-time dynamic model of large flexible aircraft is obtained by selecting suitable sensors to realize on-line identification of parameters.
【技术实现步骤摘要】
一种大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法
本专利技术涉及一种大柔性飞行器实时动力学模型构建方法,特别是一种大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法,属于飞行器建模领域。
技术介绍
高空长航时飞行器是目前国内外航空领域的研究热点,对多种多样的高空飞行任务具有重要的应用价值。这类飞行器一般都采用大展弦比柔性机翼,在机动飞行或者受到外界扰动时会发生几何非线性大结构变形,进而改变全机升力及力矩分布,影响飞行器的刚体运动。另外,由于结构振动频率较低,这类飞行器的飞行动力学和结构动力学存在耦合。因此,在进行大展弦比柔性飞行器飞行动力学建模时需要考虑几何非线性结构变形的影响。同时,在飞行中机翼由于大变形,局部剖面攻角通常较大甚至接近失速攻角;大变形也会导致流场的变化,这些都会造成气动非线性。针对大柔性飞行器飞行动力学的机理建模方法主要是结合考虑几何非线性的结构模型和非定常气动力模型,运用多体动力学理论得到系统的动力学模型。这样得到的模型包含大量的柔性模态,阶数较高,不利于控制系统的设计和实现。目前公开文献中提到的大柔性飞行器控制器设计模型基本可以分为两类:(1)机理模型;(2)机理模型降阶模型。降阶模型虽然解决了系统维数大的问题,但是,该方法从数学模型的角度出发,未考虑真实的物理过程,可能会忽略掉某些重要的物理现象,从而造成灾难性的事故。另外,由于结构非线性和气动非线性的存在,模型存在未建模和不确定现象。为了实现有效控制,需要可靠性更高的面向控制的模型。大柔性飞行器动力学模型是非线性、时变的。用固定模型设计的控制器很难保证飞行器在各种飞行环境下都能安全、稳定和高效的飞行。专利技 ...
【技术保护点】
1.一种大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:用几何非线性梁理论建立大柔性飞行器的大展弦比机翼的非线性结构模型;将大展弦比机翼的总体结构进行离散化,得到单元结构模型;用非定常气动力理论建立气动模型;将外力模型代入单元结构模型,建立单元气弹机理模型;步骤二:根据步骤一中得到的单元气弹机理模型,将可以测量的节点变量作为单元气弹机理模型的参数,得到单元参数化模型;步骤三:根据步骤二中的单元参数化模型,运用多体动力学理论计算得到考虑结构变形的整体飞行动力学模型;步骤四:步骤二和步骤三中得到的模型包含作为参数的节点变量,通过传感器数据进行参数在线辨识,得到大柔性飞行器实时飞行动力学模型。
【技术特征摘要】
1.一种大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:用几何非线性梁理论建立大柔性飞行器的大展弦比机翼的非线性结构模型;将大展弦比机翼的总体结构进行离散化,得到单元结构模型;用非定常气动力理论建立气动模型;将外力模型代入单元结构模型,建立单元气弹机理模型;步骤二:根据步骤一中得到的单元气弹机理模型,将可以测量的节点变量作为单元气弹机理模型的参数,得到单元参数化模型;步骤三:根据步骤二中的单元参数化模型,运用多体动力学理论计算得到考虑结构变形的整体飞行动力学模型;步骤四:步骤二和步骤三中得到的模型包含作为参数的节点变量,通过传感器数据进行参数在线辨识,得到大柔性飞行器实时飞行动力学模型。2.根据权利要求1所述的大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法,其特征在于,所述步骤一中,将大展弦比机翼的梁划分为有限个通过节点连接的单元,离散化方法包括有限元法以及有限差分法。3.根据权利要求1所述的大柔性飞行器基于在线辨识的建模方法,其特征在于,所述步骤一中,用非定常气动力理论建立气动模型包括如下具体步骤:a)用非线性结构模型中的状态量表示气动力计算所需的变量;b)根据二维气动模型的表达式和翼型参数计算机翼的升力、阻力以及俯仰力矩;c)用非定常气动力理论计算机翼运动对气动力的影响,用有限状态入流理论计算机翼运动对流场的影响;d)计算视在质量引起的气动力;e)在二维气动力模型中增加非定常项以及视在质量...
【专利技术属性】
技术研发人员:雷灏,何真,刘燕斌,陈柏屹,陆宇平,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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