本文關(guān)鍵詞：折疊翼飛行器多體動力學建模與控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：變體飛行器能夠在飛行過程中大范圍地改變外部形狀以獲得最佳氣動外形，從而適應(yīng)不同的飛行任務(wù)需求。本文研究對象為洛克希德馬丁公司設(shè)計的折疊翼飛行器，該方案將機翼分為兩段，，通過機翼連接處的鉸鏈驅(qū)動內(nèi)外翼的折疊來改變機翼的幾何形狀。 折疊翼飛行器是一個由內(nèi)外翼和機身五部分構(gòu)成的多剛體系統(tǒng)，機翼折疊時，變體飛機的展弦比、機翼面積、慣性矩、全機氣動焦點和重心都會發(fā)生改變，氣動力和氣動力矩也會隨之改變。采用氣動力準定常假設(shè)，利用DATCOM軟件計算出七組中間構(gòu)型下的氣動參數(shù)，然后通過氣動參數(shù)分析變形過程中飛行器的操縱性和穩(wěn)定性。通過分析找到了氣動參數(shù)隨折疊角和迎角變化的規(guī)律，最后利用Matlab的曲線擬合工具箱得到了氣動參數(shù)的擬合函數(shù)。 通過多體動力學理論和運動學原理建立了變體飛行器的系統(tǒng)模型，再經(jīng)過解耦和小擾動線性化處理得到了縱向運動模型的線性微分方程表示。無控折疊響應(yīng)表明：折疊過程中飛機掉高度明顯，且折疊過程結(jié)束之后不能自主回到穩(wěn)定狀態(tài)，而是做長周期浮沉響應(yīng)運動，所以需要設(shè)計魯棒控制器來對折疊過程進行增穩(wěn)控制。 由于系數(shù)矩陣含有時變參數(shù)機翼折疊角，可以利用凸分解方法將仿射參數(shù)依賴LPV模型表示為多胞形。利用仿射參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)方法設(shè)計了折疊過程魯棒變增益狀態(tài)反饋控制器，閉環(huán)仿真結(jié)果表明飛行器在整個機翼折疊過程中具有良好的動態(tài)性能，折疊過程結(jié)束之后飛行器也能快速回到穩(wěn)定狀態(tài)。 為了增加可視性和交互性，建立了折疊翼飛行器的三維模型，通過Simulink和虛擬現(xiàn)實工具箱對折疊過程進行聯(lián)合仿真，在獲得仿真結(jié)果和曲線的同時，能夠直觀地觀測飛行器高度和姿態(tài)角的變化，從而可以增強對模型的理解，加速設(shè)計和測試進程。
【關(guān)鍵詞】：變體飛行器 折疊翼 曲線擬合 多體動力學 動態(tài)響應(yīng) LPV系統(tǒng) 魯棒控制
【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】：2014
【分類號】：V211
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 圖表清單8-10
• 注釋表10-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 引言12-14
• 1.2 課題來源14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本文內(nèi)容安排17-18
• 第二章 折疊翼飛行器氣動數(shù)據(jù)計算18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 氣動數(shù)據(jù)的獲取方式18-22
• 2.2.1 風洞實驗18-20
• 2.2.2 計算流體力學20-21
• 2.2.3 工程估算 DATCOM21-22
• 2.3 DATCOM 計算氣動數(shù)據(jù)的步驟22-28
• 2.3.1 輸入文件的構(gòu)成22-26
• 2.3.2 輸出文件的構(gòu)成26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 折疊翼飛行器氣動數(shù)據(jù)分析與擬合29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 氣動數(shù)據(jù)分析29-34
• 3.2.1 氣動數(shù)據(jù)整體分析29-32
• 3.2.2 氣動數(shù)據(jù)隨折疊角變化規(guī)律32-33
• 3.2.3 縱向靜穩(wěn)定性和操縱性分析33-34
• 3.3 氣動數(shù)據(jù)擬合34-37
• 3.3.1 氣動數(shù)據(jù)擬合方法介紹34
• 3.3.2 氣動數(shù)據(jù)擬合曲線和擬合函數(shù)34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 折疊翼飛行器多體動力學建模和動穩(wěn)定性分析38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 飛機整體外形參數(shù)38-39
• 4.3 相關(guān)假設(shè)和坐標軸系選取39-41
• 4.3.1 基本假設(shè)39
• 4.3.2 坐標軸系選取39-41
• 4.4 折疊翼飛行器動力學建模41-47
• 4.4.1 動力學方程41-43
• 4.4.2 小擾動線性化43-47
• 4.5 無控動態(tài)響應(yīng)分析47-49
• 4.5.1 變體飛機的配平47-48
• 4.5.2 動態(tài)響應(yīng)仿真和分析48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第五章 折疊翼飛行器變形穩(wěn)定控制律設(shè)計50-65
• 5.1 引言50
• 5.2 系統(tǒng)模型分析50-52
• 5.3 仿射參數(shù)依賴 Lyapunov 函數(shù)魯棒變增益控制方法52-56
• 5.3.1 LPV 模型介紹52-53
• 5.3.2 穩(wěn)定性分析53-55
• 5.3.3 狀態(tài)反饋控制律設(shè)計方法55-56
• 5.4 折疊翼飛行器變形穩(wěn)定控制律設(shè)計56-59
• 5.4.1 控制系統(tǒng)建模56-58
• 5.4.2 仿真分析58-59
• 5.5 折疊翼系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實聯(lián)合仿真59-64
• 5.5.1 VRML 編程語言和 3ds Max 建模60-61
• 5.5.2 Matlab 的虛擬現(xiàn)實工具箱61-62
• 5.5.3 虛擬現(xiàn)實和 Simulink 聯(lián)合仿真62-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 全文工作總結(jié)65-66
• 6.2 后續(xù)工作展望66-67
• 參考文獻67-71
• 致謝71-72
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文72

【參考文獻】

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本文編號：393721