一种考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法，利用非定常气动力建立包含非线性气动弹性机翼的飞行器飞行动力学方程；采用有理式拟合迟滞非线性广义力与位移之间的关系，以此建立了同时含有非线性刚度和非线性阻尼的飞行器飞行动力学方程；最终利用数值方法或谐波平衡法求解非线性飞行动力学模型的响应特征和稳定性。本发明专利技术建立的描述结构非线性的统一表达形式，可以解决控制面铰链以及连接件之间的安装间隙、部件老化松动等情况下飞行器间隙非线性动力学建模及后续动力学分析问题，从而为相关控制器设计提供指导思想，具有一定的工程应用价值。具有一定的工程应用价值。具有一定的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法


[0001]本专利技术涉及飞行器动力学
，具体涉及一种考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法，可以高效准确的解决高速飞行器和大展弦比无人机飞行动力学建模中的结构非线性问题及动力学分析，为飞行器后续的控制设计提供了模型依据。

技术介绍

[0002]随着航空科学技术的不断进步，现代飞行器性能要求的不断提高，经典线性气动弹性理论已经不能完全满足飞行器设计的需要，非线性气动弹性问题逐渐引起了人们的重视。气动弹性问题中的非线性因素可以分为气动非线性和结构非线性两种。其中，结构非线性又可以分为分布非线性和集中非线性，分布非线性一般是由弹性变形引起，它影响整个结构；集中非线性作用于局部，在控制装置、连接件、吊舱等部位最为常见。
[0003]结构非线性因素可能会大大降低气动弹性系统的临界颤振速度，目前针对结构非线性问题常采用立方非线性模型、间隙非线性模型和迟滞非线性模型进行动力学建模，但是上述三种典型的结构非线性模型难以准确地描述气动弹性中的非线性关系，而且间隙和双线性迟滞模型的分段特性也会给研究带来不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）确定飞行器运动学参数关系，建立飞行器运动学与动力学方程；（2）求解机体刚体运动和弹性变形产生的广义气动力；（3）建立舵面偏转产生的广义气动力模型，为飞行器动力学模型增加控制输入；（4）对于已建立的飞行器动力学模型进行求解仿真，利用Runge
‑
Kutta数值方法或谐波平衡法求解飞行器动力学模型的响应特征和稳定性。2.根据权利要求1所述的考虑结构非线性的柔性飞行动力学建模方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：考虑未变形状态，与刚体飞行器固联的体轴系在惯性系的位置向量，用欧拉角表达从惯性系到体轴系的姿态变换，体轴系的速度和转动速度在体轴系的表达为，，描述飞行器质点运动和姿态运动的运动学方程为：，描述飞行器质点运动和姿态运动的运动学方程为：其中，、、分别为位置向量在惯性系三个轴上的投影；、、分别为滚转角、俯仰角和偏航角；、、分别为飞行器速度在体轴系三个轴上的投影；、、分别为滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度；转换矩阵:，；集中质量的转动速度由体轴系的转动速度和变形带来的转动速度共同组成：节点的弹性位移包括平移和转动，假设弹性变形的广义坐标满足正交条件的自由
‑
自由边界条件下的模态表达，设弹性变形的广义坐标为，节点弹性位移表达为
其中，为节点的运动变形，为节点的扭转变形，和分别为广义坐标中平动和转动自由度对应的广义坐标模态；采用准坐标系下表达的拉格朗日方程，建立动力学方程：其中，拉格朗日算子，、分别为动能和势能，，，分别为平动自由度、转动自由度、弹性自由度对应的非保守力；对于动能，由每个集中质量的平动动能和转动动能构成，有：其中，为集中质量的位置矢量，为集中质量的转动惯量；对于势能，势能包含重力势能和弹性势能，利用线弹性假设，全机势能表达式为其中，，，为当地重力加速度，为刚度阵，为弹性变形；全机质量表达为，对拉格朗日变量求微分，结合非保守力得到平动自由度方程为：拉格朗日变量对角度和角速度求导，得到转动自由度方程：拉格朗日变量对广义弹性坐标求导，得到飞行器弹性方程：对参考平衡状态的飞行器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道春，邵浩原，阚梓，申童，姚卓尔，赵仕伟，向锦武，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：