發(fā)布時間：2020-05-27 07:29

【摘要】：大柔性飛行器是一類高空長航時飛行器,具有大展弦比機翼。其能在兩萬米高空之上巡航較長時間,在軍事和民用范圍內都能發(fā)揮重要作用,例如情報收集、偵察監(jiān)視、網絡中繼、氣象信息采集等。大柔性飛行器機翼細長、柔性程度高,在常規(guī)飛行狀態(tài)下也容易發(fā)生結構變形,影響飛行器的飛行性能。所以本文對其進行結構與動力學建模、穩(wěn)定性分析、運動特性分析、可控性分析、控制系統(tǒng)設計。首先,對傳統(tǒng)坐標系進行修正建立剛體機身模型;采用歐拉-伯努利梁對柔性機翼建模,運用有限元的思想和Lagrange方程進行推導;引入片條假設對飛行器進行氣動力建模;最后綜合各部分建模推導出完整的非線性氣動彈性與動力學耦合的模型。其次,對大柔性飛行器提出一套配平理論求解出各配平結果。分析在三個吊艙都存在負載情況下的時域響應。著重分析了飛行器在離散突風、連續(xù)紊流、具體風場下的陣風響應,并初步得出使飛行器穩(wěn)定飛行的陣風臨界值。然后,針對大柔性飛行器在中心負載超過臨界值成為開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng),并且在控制飽和約束的限制下,討論了不同的負載、控制約束、阻尼因子、剛度條件下的零能控區(qū)域大小,采用穩(wěn)定半徑來定量地衡量。并設計了控制器進行初步地驗證。最后,對非線性大柔性飛行器模型進行線性化與平衡截斷法降階,對比前后輸出相應。針對陣風擾動下的大柔性飛行器設計基于線性二次型調節(jié)器(LQR)的模型參考自適應控制器,仿真結果表明,在陣風擾動下該控制器依然能良好地跟蹤縱向指令。
【圖文】：

圖 1.1 “太陽神”號無人機003 年，太陽神號無人機在進行第二次試飛 30 分鐘后遭遇紊流墜毀在美軍海軍太。之后 NASA 的研究人員在事故報告的調查中發(fā)現：當時太陽神號無人機遭遇了擾動，機翼變形成為一個高二面角。由于二面角的存在，飛機俯仰振蕩劇烈，在周期模態(tài)中變得極不穩(wěn)定。飛機遇到湍流時的空速已超過了飛機設計時的空速，使得機翼板上的機翼前緣二級結構失效，，太陽能電池和機翼上表面的蒙皮撕裂。號無人機失去了升力，墜入太平洋。同時研究人員也指出了這次任務失敗的根本乏足夠的分析方法，導致對結構變形不正確的風險評估；2）飛機結構的變形將飛負載變成一個點負載分布，并大大減少了設計時的魯棒性和安全性。從這次事故教訓主要有對于高度柔性易變形的飛機，需要發(fā)展交叉學科的研究方法，包括動動彈性、控制方法、材料等；還需要建立多學科的模型才能描述飛機變形的非線年來，各個新興科技領域的研究取得了突飛猛進的進步。在信息技術、工業(yè)控制，出現了先進的機載傳感器、通信包、復合材料等等，使得軍事上的信息對抗從空拓展到臨近空間（海拔 20 千米到 100 千米）的空間范圍內。由于這部分空間

大柔性飛行器陣風擾動影響分析及穩(wěn)定控制研究T 系列”無人機，由中國航天科技集團公司第十一研究院自主研制的“彩虹這將意味著中國繼美國之后成為世界上第二個掌握大中型。列”無人機如下圖所示。該無人機采用飛翼式布局，翼展長采用雙尾翼的結構，可以有效降低飛翼式布局帶來的縱向可以更有效地控制該無人機的姿態(tài)與軌跡，抵抗更強勁的種高空長航時無人機，根據飛行實驗結果顯示，其能夠停留該系列無人機可以達到數月甚至數年的巡航時間，因其動力統(tǒng)設備足夠可靠，理論上可以無限續(xù)航。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1

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本文編號：2683180