组合式飞行器多体动力学建模与飞行力学特性

作     者：杜万闪 周洲 拜昱 张志林 王科雷 DU Wanshan;ZHOU Zhou;BAI Yu;ZHANG Zhilin;WANG Keilei

作者机构：西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国兵器工业第203研究所陕西西安710061 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2023年第44卷第8期

页      面：2245-2262页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国防基础加强计划技术领域基金项目(2021-JCJQ-JJ-0790) 陕西省重点研发计划项目(2021ZDLGY09-08) 

主　　题：组合式飞行器 多体动力学 飞行力学特性 拟坐标 增稳控制 

摘      要：为精确、完整地描述组合式多体飞行器空间运动位形,基于拟坐标形式的Lagrange方程提出反映相对滚转运动的8自由度组合式三体飞行器动力学建模方法。采用计算流体力学方法建立考虑气动耦合效应的组合式飞行器系统气动力数据库。通过算例将所建模型与ADAMS软件的仿真结果进行对比,验证所建模型的准确性。在此基础上,进行配平方案及飞行力学特性研究,分析比较飞行器在不同配平状态的动力学特性,并基于串级PID控制方法进行增稳控制研究。研究结果表明:所建模型有效反映了组合式飞行器的相对运动;在给定配平方案及飞行工况后,该构型飞行器存在“对称下反和“对称上反两个配平状态,在两个状态下的相对滚转运动静稳定性显著不同;除了传统飞行力学模态,该构型飞行器还存在由相对滚转运动主导的4个新生运动模态,按运动特性可分为复合对称运动和复合反对称运动两类;针对在无控状态下该构型飞行器无法长期保持稳定飞行的问题,所提增稳控制方案合理有效,可以快速镇定发散的飞行力学系统;所提建模方法和增稳控制方案可为多体飞行器设计分析提供指导和参考。