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适用于大攻角与大舵偏角的刚柔耦合飞行动力学线性化模型

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清华大学学报(自然科学版) 2024年第9期 1547-1554页

作者：安阳王天舒清华大学航天航空学院

针对飞行器大攻角与大舵偏角等不满足传统模型假设的飞行特点，采用小扰动法建立了飞行器刚柔耦合飞行动力学线性化模型，并与航天工程中常用模型进行了对比分析。推导了矩阵形式的动力学方程线性化的一般形式，得到了飞行器纵向动力学... 详细信息

针对飞行器大攻角与大舵偏角等不满足传统模型假设的飞行特点，采用小扰动法建立了飞行器刚柔耦合飞行动力学线性化模型，并与航天工程中常用模型进行了对比分析。推导了矩阵形式的动力学方程线性化的一般形式，得到了飞行器纵向动力学模型的方程系数。给出的舵面摆动惯性力与力矩的线性化表达式，精确描述了攻角与舵偏角的扰动对摆动惯性力与力矩的影响。通过在大攻角与大舵偏角条件下将该文推导的线性化模型、传统线性化模型与原始的非线性模型的仿真结果进行对比，验证了所提出的模型具有更高的仿真精度。该文指出了传统模型将攻角和操纵机构摆角视为小量可能导致较大误差，为飞行器制导与控制系统设计提供了高精度的线性化模型。

关键词：飞行动力学线性化大攻角大舵偏角高精度小扰动法

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一种基于NARX神经网络的纵向飞行动力学建模方法

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飞行力学 2023年第5期41卷 37-43,51页

作者：陈开民顾宏斌李鹏范志鹏魏小峰南京航空航天大学飞行模拟与先进培训工程技术研究中心江苏南京210016 南京林业大学汽车与交通工程学院江苏南京210037 中国商飞民用飞机试飞中心上海200232 上海华模科技有限公司上海201315

针对传统飞行动力学建模工作量大、周期长等问题,提出了一种基于飞行包线离散化和数据驱动的纵向飞行动力学建模方法。以F-16为例,首先分析了纵向运动模态,开展了纵向单脉冲模拟试飞生成特征样本集;然后,利用模糊c-均值算法对样本集进... 详细信息

针对传统飞行动力学建模工作量大、周期长等问题,提出了一种基于飞行包线离散化和数据驱动的纵向飞行动力学建模方法。以F-16为例,首先分析了纵向运动模态,开展了纵向单脉冲模拟试飞生成特征样本集;然后,利用模糊c-均值算法对样本集进行聚类,选择并设计了综合有效性指标以确定最优聚类数,实现了飞行包线离散化;最后,在子包线内选用训练样本集对NARX神经网络进行训练以建立纵向飞行动力学模型,使用同一子包线内的验证样本集验证模型。结果表明,子包线实现了全覆盖且相邻包线之间边界清晰无重叠,模型输出结果平均相对误差均在3%以内,说明该方法对开展飞机纵向飞行动力学建模是可行的和有效的,为纵向飞行动力学建模提供了一种新思路。

关键词：飞行动力学数据驱动模糊c-均值 NARX神经网络

柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性

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航空学报 2011年第9期32卷 1569-1582页

作者：张健向锦武北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

高空长航时(HALE)飞机结构细长、具有柔性,在常规飞行条件下可发生结构大变形、气动失速以及结构低频振动与刚体运动耦合,这些现象显著影响其静、动态特性。基于几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型和六自由度刚体运动模... 详细信息

高空长航时(HALE)飞机结构细长、具有柔性,在常规飞行条件下可发生结构大变形、气动失速以及结构低频振动与刚体运动耦合,这些现象显著影响其静、动态特性。基于几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型和六自由度刚体运动模型,建立了考虑几何非线性、动失速和材料各向异性等因素的大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合模型。使用常规布局和飞翼布局两种柔性飞机算例模型,对大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合配平、动稳定性和时域响应特性开展了研究。研究结果表明:当机翼变形较小时,柔性飞机配平迎角小于刚性飞机配平迎角,整个翼展范围内均可能发生失速,全机升力损失显著,可导致飞行高度迅速降低;当机翼变形较大时,柔性飞机配平迎角大于刚性飞机配平迎角,失速发生于翼尖且范围有限;机翼变形增大可导致全机运动趋于不稳定,气动弹性剪裁有助于改善柔性飞机动稳定性。

关键词：气动弹性飞行动力学柔性飞机完全本征方程几何非线性动失速刚体运动高空长航时

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大展弦比飞翼刚柔强耦合飞行动力学与控制

北京理工大学学报 2020年第2期40卷 157-162页

作者：张硕王正杰陈昊北京理工大学机电学院北京100081

针对大展弦比飞翼布局柔性飞行器在刚体和弹性自由度动力学强耦合情况下的控制问题,对相应的强耦合动力学特性与相应的控制方法展开研究.采用自由-自由模态法表征飞翼刚柔运动之间的惯性耦合;采用偶极子网格法和有理函数近似法完成广义... 详细信息

针对大展弦比飞翼布局柔性飞行器在刚体和弹性自由度动力学强耦合情况下的控制问题,对相应的强耦合动力学特性与相应的控制方法展开研究.采用自由-自由模态法表征飞翼刚柔运动之间的惯性耦合;采用偶极子网格法和有理函数近似法完成广义非定常气动力计算;应用线性二次型最优控制方法进行飞行机动与弹性变形的联合控制律设计.与无控情况相比,闭环控制可有效减缓飞行器俯仰方向的阵风扰动至原来的40%.研究结果表明,飞行器一阶弯曲模态短周期之间存在明显动力学耦合.设计的闭环控制律可使动态弹性变形量始终向有助于减缓扰动方向变化.

关键词：飞翼布局刚柔耦合飞行动力学飞行控制 LQR

机翼不对称损伤无人机在大侧滑角下的飞行动力学研究

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西北工业大学学报 2014年第5期32卷 682-687页

作者：程鹏飞吴成富段晓军郭月西北工业大学无人机特种技术重点实验室陕西西安710065 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

对机翼损伤无人机的飞行动力学进行分析,重点分析左翼不同程度面积矩损伤对大侧滑飞行操稳特性的影响规律。首先给出重心偏移、新增转动惯量和耦合气动导数在不同程度损伤下的变化规律;其次通过损伤特征根对飞行运动模态的变化情况进行... 详细信息

对机翼损伤无人机的飞行动力学进行分析,重点分析左翼不同程度面积矩损伤对大侧滑飞行操稳特性的影响规律。首先给出重心偏移、新增转动惯量和耦合气动导数在不同程度损伤下的变化规律;其次通过损伤特征根对飞行运动模态的变化情况进行分析;接下来给出损伤对部分通道时域暂态响应的影响,以及如何改善操纵性的方法。最后通过频响分析总结出增强损伤机体辨识精度的途径。分析结果表明:随损伤程度增大,典型运动模态逐渐变化,特征根有规律移动;时域响应高频振荡成分减小,低频成分增大,稳态值逐渐增大直到发散;耦合通道的频响具有全部运动模态信息,能对损伤飞机的系统辨识提供额外信息。

关键词：机翼损伤无人机操稳特性飞行动力学频响分析系统辨识

基于涡环尾迹模型的共轴刚性旋翼直升机飞行动力学建模

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航空学报 2018年第3期39卷 9-17页

作者：袁野陈仁良李攀南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016

共轴刚性旋翼直升机上下旋翼间距小,旋翼间气动干扰较为复杂,影响飞行动力学特性。针对这一问题,利用涡环单元动态尾迹方法构建了共轴旋翼气动力模型,通过与风洞试验结果比对说明该模型能够准确地计算存在气动干扰时共轴旋翼的气动力特... 详细信息

共轴刚性旋翼直升机上下旋翼间距小,旋翼间气动干扰较为复杂,影响飞行动力学特性。针对这一问题,利用涡环单元动态尾迹方法构建了共轴旋翼气动力模型,通过与风洞试验结果比对说明该模型能够准确地计算存在气动干扰时共轴旋翼的气动力特性。以该共轴旋翼气动力模型为基础,建立了共轴刚性旋翼直升机飞行动力学模型,并以XH-59A直升机为研究对象,计算了前进比为0~0.4时的配平特性。通过与飞行试验数据的比对发现:该飞行动力学模型与飞行试验结果比对良好;且模型计算速度较快。通过对配平结果以及旋翼尾迹运动的分析发现:共轴刚性旋翼直升机旋翼间气动干扰会增加悬停和低速前飞时的配平总距和总距差动;低速前飞时的纵向周期变距负梯度现象是由于旋翼间气动干扰与刚性旋翼挥舞运动特性叠加而造成的。

关键词：直升机共轴刚性旋翼气动干扰飞行动力学动态尾迹配平特性

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旋翼飞行器飞行动力学系统辨识建模算法

南京航空航天大学学报 2011年第3期43卷 387-392页

作者：宋彦国孙涛南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室南京210016

描述了旋翼飞行器飞行力学模型的系统辨识建模算法,从旋翼飞行器飞行动力学建模的共性问题入手,首先采用机理建模的方法分析了旋翼飞行器主要气动部件所受气动力。考虑旋翼挥舞运动对旋翼飞行器飞行动力学特性的影响,建立了旋翼飞行器... 详细信息

描述了旋翼飞行器飞行力学模型的系统辨识建模算法,从旋翼飞行器飞行动力学建模的共性问题入手,首先采用机理建模的方法分析了旋翼飞行器主要气动部件所受气动力。考虑旋翼挥舞运动对旋翼飞行器飞行动力学特性的影响,建立了旋翼飞行器的飞行力学系统辨识参数化模型集。其次以子空间方法辨识初始飞行动力学模型,采用加权频域预报误差法获得最优模型的两步辨识方法解决旋翼飞行器这一非线性不稳定,多输入-多输出系统辨识问题,且所辨识模型与机理模型具有相同的结构。最后对样例直升机的悬停飞行状态模型辨识进行了数值与试飞试验验证,表明了方法的有效性。

关键词：飞行动力学系统辨识旋翼飞行器子空间法预报误差法

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飞行动力学系统一体化实时仿真技术研究

飞行力学 1995年第2期13卷 6-12页

作者：孙宝亭江志强北京航空航天大学

给出了一个工程研究型的飞行动力学特性一体化实时仿真软件包，验证了可行性。结果表明，该软件包具有一体化、多功能、通用性强、数学模型库较完备、易扩充开发、仿真精度和效率高、实时性较好、用户界面友好等特点，是一个多层次高效... 详细信息

给出了一个工程研究型的飞行动力学特性一体化实时仿真软件包，验证了可行性。结果表明，该软件包具有一体化、多功能、通用性强、数学模型库较完备、易扩充开发、仿真精度和效率高、实时性较好、用户界面友好等特点，是一个多层次高效率综合研究飞行动力学特性的仿真工具。仿真应用的研究结果，可用于飞机重装空投飞行特性之研究。为适应国内微机开展一体化仿真之需要，可在微机及微机为主控处理机的仿真器运行，对提高现有微机的实时仿真能力和效率具有实际意义。

关键词：非线性飞行动力学实时仿真仿真人机闭环

立足岗位需求的飞机飞行动力学课程教学改革与实践

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高教学刊 2023年第16期9卷 126-129页

作者：苏新兵张登成张艳华王超哲空军工程大学航空工程学院西安710038

针对课程教学内容与装备发展匹配不够、教学手段与信息技术融合不深、抽象理论与工程实践联系不紧和专业教学与课程思政结合不实等现实问题,通过确定对接任职岗位需求的教学目标、重塑与新装备发展相适应的实战化教学内容、设计促进能... 详细信息

针对课程教学内容与装备发展匹配不够、教学手段与信息技术融合不深、抽象理论与工程实践联系不紧和专业教学与课程思政结合不实等现实问题,通过确定对接任职岗位需求的教学目标、重塑与新装备发展相适应的实战化教学内容、设计促进能力培养的复合式教学方法、实践基于信息化资源的线上线下混合式教学、探索专业课程“滴水浸润”的课程思政育人模式和优化过程与结果并重的课程评价机制等,有效破解教学难点、提高教学效益。为专业课程教学改革提供良好示范和有益参考。

关键词：飞行动力学岗位需求教学改革课程思政混合式教学