一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法，以固定翼舰载机着舰纵向运动为研究对象，建立大气扰动环境中所述舰载机的地速、惯性迎角、俯仰速率、俯仰角和高度这5个变量的一阶微分方程；将风的影响引入所建立的一阶微分方程中；根据Matlab软件linmod函数的调用规则以及建立的特定变量的一阶微分方程，构建Simulink模型并指定模型状态量、输入和输出量；针对构建的Simulink模型，基于舰载机着舰运动平衡点，通过调用Matlab软件linmod函数，得到引入风干扰的舰载机着舰纵向运动小扰动线性模型。利用上述方法构建的模型精度较高，能较准确地描述舰载机在着舰阶段对气流干扰的响应。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法
本专利技术涉及舰载机起降
，尤其涉及一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法。
技术介绍
在着舰控制系统仿真中，尽管不可避免地用到复杂的舰载机非线性运动模型，线性化模型仍是最有效工具，正如美国海军习惯将舰载机小扰动线性模型用于地面物理演示。这不单是因为现有非线性分析手段尚未完备，还在于舰载机着舰阶段的运动特点。该阶段起于舰载机转过最后一道弯，进入等角下降阶段，止于拦阻着舰，虽然过程持续不到20s，却是整个回收操作中难度最高、风险最大的部分：舰载机必须同时克服由低空低速飞行、下滑道附近严酷的大气扰动以及航母甲板六自由度运动等困难，以允许的冲击载荷在有限的甲板区域完成回收。无论飞行员选取何种着舰模式完成任务，期间以何种舰上信号作为辅助(LSO，反射镜、菲涅尔透镜助降装置，舰载精密跟踪雷达或全球定位系统等)，舰载机的运动都被限制在很窄的飞行包线内，只涉及小角度和最低限度的机动。因此，引起气动非线性的主要因素(如迎角、侧滑角、速度、飞机重量和重心位置)几乎为常数；并且横、纵向飞行控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1、以固定翼舰载机着舰纵向运动为研究对象，建立大气扰动环境中舰载机地速、惯性迎角、俯仰速率、俯仰角和高度这5个变量的一阶微分方程；/n步骤2、根据大气扰动对所述舰载机地速和惯性迎角的作用效果，将风的影响引入步骤1所建立的一阶微分方程中；/n步骤3、根据Matlab软件linmod函数的调用规则以及步骤1、2建立的特定变量的一阶微分方程，构建Simulink模型，并指定该Simulink模型的输入量、输出量和状态量；/n步骤4、针对步骤3构建的Simulink模型，基于舰载机着舰运动的平衡点，通过调用Ma...

【技术特征摘要】
1.一种考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、以固定翼舰载机着舰纵向运动为研究对象，建立大气扰动环境中舰载机地速、惯性迎角、俯仰速率、俯仰角和高度这5个变量的一阶微分方程；
步骤2、根据大气扰动对所述舰载机地速和惯性迎角的作用效果，将风的影响引入步骤1所建立的一阶微分方程中；
步骤3、根据Matlab软件linmod函数的调用规则以及步骤1、2建立的特定变量的一阶微分方程，构建Simulink模型，并指定该Simulink模型的输入量、输出量和状态量；
步骤4、针对步骤3构建的Simulink模型，基于舰载机着舰运动的平衡点，通过调用Matlab软件linmod函数，得到引入风干扰的舰载机着舰纵向运动小扰动线性模型。


2.根据权利要求1所述考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法，其特征在于，在步骤1中，
所建立的俯仰速率、俯仰角和高度这3个状态量的一阶微分方程表示为：



其中，vI、q、θ、h和γ分别表示舰载机地速大小、俯仰速率、俯仰角、高度和航迹角；Iy表示俯仰惯性矩；M表示舰载机所受俯仰力矩，并令L、D分别表示舰载机所受气动升力和阻力，它们的具体表达式如公式(2)所示：



其中，ρ表示空气密度；v表示舰载机空速大小；S表示机翼参考面积；CL、CD、Cm分别为升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数，具体表达式如公式(3)所示：



其中，δe和δc分别表示升降舵偏转角和鸭翼偏转角；CA表示平均气动弦长；CL1、CL2、CL3、CD1、CD2、CD3、Cm1、Cm2、Cm3、Cmq、均为气动系数，在模型中表示为以舰载机迎角α和δe为自变量的数据表，表中数据均通过风洞试验或飞行测试获得；
所述舰载机的地速vI和惯性迎角αI的一阶微分方程通过以下推导过程获得：
首先舰载机地速矢量vI满足公式(4)，其中，表示矢量vI相对于航迹坐标系Sk对时间的导数，即相对导数；矢量ωk/g代表航迹坐标系Sk相对大地坐标系Sg的角速度；矢量FA,T表示舰载机所受空气动力和发动机推力在质心处的合矢量；g表示重力加速度矢量；m为舰载机质量；
再根据公式(4)得到公式(5)，在机体坐标系Sb下表示公式(5)得到公式(6)，具体为：









其中，gb、和分别为矢量FA,T、g、和vI在Sb中的表示；为矢量ωk/g在Sb中的叉乘矩阵；
由于只考虑舰载机纵向运动，则gb、和的表达式如公式(7)所示，其中α表示舰载机迎角；而矢量ωk/g在Sb中的表达式如公式(8)所示，从而得到其中分别表示Sk相对Sb的角速度矢量ωk/b、Sb相对Sg的角速度矢量ωb/g和矢量ωk/g在Sb中的表示；
再将公式(7)和代入公式(6)后得到公式(9)，进而推导得出公式(10)和公式(11)，具体为：

















3.根据权利要求1所述考虑风干扰的舰载机着舰纵向运动线性模型的构建方法，其特征在于，所述步骤2的过程具体为：

【专利技术属性】
技术研发人员：董然，李振轩，周建军，申耀龙，周心怡，温馨，孙岩，王啸枫，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11