变后掠变展长飞行器动力学建模与动态响应分析

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1、第35卷第1期兵工学报V0I．35No．12014年1月ACTAARMAMENTARIIJan．2014变后掠变展长飞行器动力学建模与动态响应分析杨贯通，唐胜景，赵林东，郭杰(北京理工大学飞行器动力学与控制教育部重点实验室，北京100081)摘要：飞行器机翼后掠角和展长动态变化时，气动力、转动惯量、压力中心和质心等关键参数都发生剧烈变化。基于Newton—Euler方法建立了包含5个刚体的变后掠变展长飞行器的动力学模型，推导了由于变形所产生的附加气动力和气动力矩。在纵向上解耦简化了动力学方程，基于准定常气动力模型，分析了不同变形形式和

2、变形速度下的纵向动态响应。研究结果表明，后掠角和展长的变化对动力学特性影响较大，但不同的变化速度对结果影响不大。通过合适的变形方式和变形速度的结合可以弱化变形过程中的动力学参数波动，减小控制系统的负担。关键词：应用力学；无人机；变后掠变展长；动力学建模；动态响应中图分类号：V212．1文献标志码：A文章编号：1000．1093(2014)01．0102-06DOI：10．3969／i．issn．1000—1093．2014．01．O15DynamicModelingandResponseofaMorphingUAVwithVariab

3、leSweepandVariableSpanYANGGuan-tong，TANGSheng—jing，ZHAOLin—dong，GU0Jie(KeyLaboratoryofDynamicandControlofFlightVehicle，MinistryofEducation，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abstract：Formorphingflightvehicles，thechangesofsweepangleandspanhavegreatinfluence

4、onkeyparameterssuchasaerodynamicforces，inertialmoments，pressurecenterandgravitycenter．AdynamicmodelofmorphingvehiclewithvariablesweepandspanisestablishedbasedonNewton—Eulermethod．Theadditionalforceandmomentgeneralizedbymorphingarededuced．Thedynamicresponsearousedbymorph

5、ingisstudiedusingdecoupledlongitudinalequationsandquasi—steadyaerodynamicmode1．There-suitsindicatethatthechangesofsweepandspaninfluencethedynamiccharacteristicsseverely；howev—er，theeffectofdifferentmorphingspeedisnotremarkable．Appropriatestrategyofmorphingcouldweakenthe

6、fluctuationofdynamicparametersandrelievetheburdenofcontrolsystem．Keywords：appliedmechanics；UAV；variablesweepandvariablespan：dynamicmodeling；dynamicresponse。引言耋喜传统的飞行器最优功能和性能往往只是体现在执行常规飞行器所不能完成的任务¨。William某些特定的飞行任务和飞行状态上。变气动外形飞提炼出了在变形飞机概念设计阶段最为关键的6个收稿日期：2013-04-22基金项目：航空

7、科学基金项目(2012ZA72002)作者简介：杨贯通(1986一)，男，博士研究生。E-mail：ygt@bit．edu．cn；唐胜景(1959一)，男，教授，博士生导师。E-mail：tangsj@bit．edu．en兵工学报第35卷式中：F，表不空气动力对机身的作用力；F，r表不左整理之后得4侧后掠翼对机身的作用力；G。代表左侧后掠翼的重M+(miSixdVo+miSix警)=dHf，力；P代表发动机推力；其他类推。整理(2)式并根据(1)式得到(10)4dl~f式中：；：6Vo⋯G+P-m_+Fa+G一-g~+m，(3)。．式

8、中：m是总质量；G是总重力。可以发现与传统飞(10)式等式左侧除M为飞行器受到的气动力行器6自由度方程相比，该方程多了等式右侧机翼矩，其余均是附加力矩项。运动附加力。进一步推导得到3纵向动力学模型dvsd2Sd￡=dt=