高超声速飞行器动力学建模

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1、天津大学硕士学位论文高超声速飞行器动力学建模姓名：霍俊焱申请学位级别：硕士专业：一般力学与力学基础指导教师：吴志强20090601摘要高超声速飞行器一般是指飞行马赫数大于5，在大气层和跨大气层中实现高超声速飞行的飞行器。高超声速飞行器有着广阔的应用背景，可以帮助人们实现经济、高效的太空开发和利用。在20世纪八九十年代已对这种类型的飞机作了不少研究工作，然而要实现人们期望的高超声速飞行，还有许多问题必须解决。高超声速飞行器由于其飞行任务和结构设计上的要求，出现了很多常规飞行器从未考虑的问题，如吸气式高超声速推进技术，高超声速气动弹性力

2、学等。就目前文献来看，在气动弹性力学的研究方面，大部分文献在计算高超声速飞行器受力的时都把飞行器简化成刚性体，这种简化方法忽略了气动力和机身弹性之间的耦合作用，当机身变形较大的时候解会发生失真，部分文献在计算飞行器受力的时考虑了机身变形，但是在考虑机身变形时只考虑了线弹性小变形，本文考虑到飞行器细长的几何特征，在高速飞行的时候机身很可能会出现大变形，将飞行器建模成两段悬臂梁，并考虑了由于梁的横向振动致使其中性面非线性伸长产生的应变与位移的非线性关系，建立了梁横向振动的非线性方程，用非线性模态的方法对粱振动方程进行分析，得出了梁振动的

3、非线性模态，并比较了线性模态与非线性模态，定性说明了非线性模态相对于线性模态的精确性，继而运用非线性模态和活塞理论在考虑扰动的情况下对飞行器进行了分析，得出了非线性变形下飞行器受力的表达式。最后用拉格朗日方程建立了柔性飞行器的动力学模型，为进一步对高超声速飞行器进行稳定性和操纵性分析奠定了基础。关键词：高超声速飞行器非线性模态活塞理论非线性梁ABSTRACTHypersonicvehiclegenerallyreferstotheflightwhichspeedismorethanMach5，flyingintheatmospher

4、eandacrosstheatmosphere．Hypersonicvehiclehasabroadappliedprospects，itcouldhelptoachieveeconomicandefficientdevelopmentofspace．Alotofworkhasmadeontheresearchofhypersonicvehicle，buttherearealsoalotofissuestoberesolvedtoensuretheflightflyingasourexpectation．Becauseofitsmi

5、ssionanddesignrequirements，theissuessuchasAir-breathinghypersonicpropulsiontechnology,hypersonicaero—elasticityandSOonhasneverbeentakenintoaccountinthedesignofconventionalaircraft．Pointofviewonthecurrentliteratureinthestudyofaero—elasticity,hypersonicvehicleissimplifie

6、dtoarigidinthecalculationofvehicleforce．Thissimplifiedapproachignoresthecouplingbetweentheelasticandaerodynamicbody,thedistortionwillOCCurwhenthebodyexperiencelargedeformation．Partoftheliteratureonlytakeintoacco．untthelineardeformationinthecalculationoftheforceaircraft

7、．Inthispaperconsideredthatthegeometriccharacteristicsofslenderaircraftwillleadlargedeformation，thevehicleismodeledastwononlinearcantileversjointedatthecentroidofhypersonicvehicleandthenonlinearequationsareestablished．Thenseriesofanalysisismadeonthenonlinearequationsand

8、nonlinearmodesareobtained．Andthenthecomparisonsaremadebetweenlinearmodeandnonlinearmode，andtheexpressionsoftheforceac